Можно ли отличить севшие батарейки от новых, не прибегая к помощи тестера или мультиметра, – вопрос, имеющий практическую ценность. Использованные и новые батарейки часто путают дети, вынимая старые из электрических игрушек, или же элементы питания оказываются рядом друг с другом в карманах рюкзаков или сумок. Не так давно в интернете стали появляться ролики, предлагающие весьма простой способ отличить заряженные батарейки от отслуживших свой срок.
Идея проста, в роликах утверждается, что отличить батарейки можно по их отскоку от твердой поверхности — новые элементы почти не отскакивают, а отслужившие свой век отскакивают. Этот трюк был встречен с долей скептицизма, так как не имеет под собой научной основы.
Ученые под руководством Дэниела Штейнгарта из Принстонского университета решили провести настоящее научное исследование, чтобы внести ясность в этот вопрос и выяснить, имеет ли смысл кидать батарейки. Для этого они не поленились провести множество опытов, и результат оказался неоднозначен — на вопрос, можно ли по подскоку батареек судить об их разряженности, можно ответить и «да» и «нет».
«Отскок не говорит вам о том, жива батарейка или нет, он всего лишь говорит, новая ли она, — пояснил Штейнгарт. — Год назад мой знакомый прислал мне видео и спросил, слышал ли я об этом. Я не слышал, но у меня на столе была куча батареек и я мог проверить это».
Ученый решил проверить, как зависит отскок батареек от степени их разряженности. Для этого экспериментаторы сконструировали установку из нескольких плексигласовых трубок, в которых сразу несколько батареек могли падать вниз одновременно. Чтобы вычислить высоту отскока, они использовали микрофон, фиксирующий время вторичного касания поверхности. «Что мне действительно понравилось в этом эксперименте, это не только то, что его результаты имеют большую научную ценность, но и то, что я могу продемонстрировать его любому без специального научного бэкграунда», — считает Шохам Бхадра, студент, участвовавший в исследовании.
Замеры показали, что севшие батарейки действительно отскакивают выше, чем неиспользованные, но процесс этот нелинеен.
В среднем батарейки резко увеличивают высоту подскока, когда разряжены наполовину, но при дальнейшем истощении этот показатель не меняется, а выходит на «плато».
Чтобы выяснить природу отскока, ученые обратились в Брукхейвенскую национальную лабораторию (США), чтобы «просветить» внутренности батареек рентгеновским микроскопом и увидеть, к каким физическим изменениям приводят химические процессы внутри них. Большинство щелочных батареек состоит из положительно заряженного цинкового анода и отрицательного катода, состоящего из диоксида марганца.
Анализ рентгеновских снимков батареек показал, что происходит, когда по мере разряда анодный цинк постепенно превращается в оксид цинка. «Оксид цинка начинает формироваться снаружи и продвигается к центру анода. По мере того как оксида цинка становится все больше и больше, он заполняет весь слой цинка и батарейка становится все более и более прыгучей», — пояснил Штейнгарт.
В своей статье, посвященной измерению коэффициента упругости пальчиковых щелочных батареек, опубликованной в журнале Journal of Materials Chemistry, ученые показали,
что по мере окисления цинка в нем возникают микроскопические связи, которые делают анод более жестким.
«Вначале цинк представляет собой плотно упакованные частицы, которые свободно движутся относительно друг друга. По мере окисления цинка между частицами возникают «мосты» и он начинает напоминать множество пружинок. Вот что дает батарейкам способность прыгать», — пояснил Штейнгарт. По его словам, эта особенность оксида цинка давно известна ученым, поэтому его добавляют, например, в мячи для гольфа. Что касается батареек, важно то, что максимум прыгучести достигается задолго до полного окисления анода, а следовательно, прыгучая батарейка еще не означает, что она села.