У цій статті ми розглянемо екологічні аспекти збирання та переробки елементів живлення. Не секрет, що елементи живлення є одним з найбільш екологічно неблагополучних типів відходів, які можуть зустрічатися у побуті. Зв'язується це з принипом роботи будь-якої батарейки, оскільки її характеристики залежать від типу електрохімічної системи та добавок, так чи інакше покликаних покращити якість та надійність батарейки. Розглянемо принцип роботи детальніше.

На прикладі годинникової батарейки ми продемонструємо конструкцію елемента живлення. Принцип аналогічний і для пальчикових батарейок, враховуючи відмінності у формі корпусу.

Як видно, у корпусі з двох елементів, розділених діелектриком, розміщена електрохімічна система, в якій проходять реакції, що породжують ЕРС. Розглянемо склад матеріалів, з яких виготовлені всі елементи батарейки:

А тепер подивимося, як речовини змінилися внаслідок реакцій під час розрядки:

Як бачимо, цинк перетворився на оксид цинку, а двоокис марганцю - на закис марганцю. Через те, що оксид цинку займає більший об'єм, ніж цинк, що утворив його, у корпусі створюється надлишковий тиск, який часто призводить до деформації корпусу, а іноді і до руйнування його. Через підвищений тиск можливий витік електроліту через щілини, що утворилися в герметичному діелектрику між складовими корпусами.

Звідки ж при цьому береться напруга та енергія? Для розуміння цього процесу розглянемо хімічні реакції, що протікають у батарейки:

Як видно, відбувається окислення цинку та відновлення оксиду марганцю. Внаслідок реакції на катоді цинк окислюється, віддаючи два електрони у зовнішнє коло, а оксид марганцю відновлюється на аноді, забираючи з кола 2 електрони на кожну молекулу. Оскільки області протікання реакцій розділені діелектриком, електронам нічого не залишається, крім текти по проводниках від одного електрода до іншого. Червоними лініями показано рух електронів. Це і є електричний струм. Від чого залежить напруга на контактах батарейки? Справа в тому, що енергія, що виділяється при реакції на катоді значно більше, ніж енергія, що витрачається на перебіг анодної реакції. Саме різниця енергії і примушує електрони до руху. Припустимо, якщо енергія, що виділяється при реакції на катоді дорівнює 4 еВ на кожен атом цинку, а енергія, що поглинається при анодній реакції становить 1 еВ на кожну молекулу двоокису марганцю, то два електрони придбають енергію, що становить різницю енергій двох реакцій, тобто. 3 еВ. А оскільки електрона два, то й енергію кожен отримає в 1.5 еВ, тобто теоретична напруга на не підключеній батарейці дорівнюватиме 1.5 вольта. Коли батарейка не підключена, електричне поле, що створюється батарейкою, перешкоджає руху іонів через електроліт і перебігу реакцій, і тому енергію батарейка віддає, тільки коли підключена.

Параметри батарейки, такі як робоча напруга, енергоємність, характеристика розряду тощо залежить від типу електрохімічної системи. Тому виробники змушені використовувати важкі метали та шкідливі речовини для створення батарейки високої ємності, надійності та довговічності, зменшення саморозряду тощо Крім основного важкого металу у складі батарей - цинку, до нього ще можуть додаватися солі ртуті та кадмію, які перешкоджають псуванню компонентів при зберіганні та протіканні паразитних реакцій, додаються також сполуки, що зменшують внутрішній опір та підвищують якість електроліту. Сам корпус містить нікель, і при попаданні у вологе довкілля він корродує, а всі метали переходять у розчинні сполуки і потрапляють з дощовими водами в ґрунт. Також, ЕРС батарейки, хоч і розрядженої, сприяє швидкій корозії одного з електродів корпусу, надалі призводячи до витоку небезпечних компонентів електрохімічної системи назовні. На даний момент повністю замінити сполуки більш безпечними неможливо через вирішальний вплив їх на характеристики батарейки, хоча дослідницькі роботи в цьому напрямку ведуться.

Незважаючи на підвищення рівня свідомості та екологічної відповідальності громадян усіх країн світу, повністю вирішити проблему неналежної утиізації елементів живлення методами збору неможливо. Певний відсоток батарейок неминуче втрачається, потрапляючи у довкілля. Тому головним рішенням, що зменшує викиди важких металів, є перехід на якісно нові принципи роботи елементів живлення. Широкі перспективи має водень та насичені їм сполуки, адже внаслідок його окислення утворюється звичайна вода. Крім чистого водню, деякі органічні сполуки показали свою можливість бути використаними як складові компонентів джерел живлення різних параметрів та застосувань. Розробляються паливні елементи на основі метанолу, етанолу, внаслідок яких утворюються вода та вуглекислий газ. Бурхливе зростання відчуває індустрія нетрадиційних джерел енергії, сонячні батарейки зараз вбудовуються в деякі моделі мобільних телефонів, калькулятори, годинники та інші портативні електронні пристрої. Це дозволяє повністю або частково позбутися батарейок або суттєво підвищити термін служби.

Підсумовуючи, можна сказати, що екологічність елементів живлення останніми роками серйозно підвищилася, так як зросли вимоги, що висуваються до них екологами та урядами країн. Але все ж таки не варто легковажно ставитися до поводження з таким видом відходів, як елементи живлення та акумулятори, адже кожна утилізована батарейка рятує природу від негативного впливу людини. А чиста природа, як відомо, запорука краси та здоров'я людства.