XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Большой вред маленькой батарейки

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мельник С.А. 1

---

1МОУ гимназия № 16 "Интерес"

Мирошниченко Н.Р. 1

---

1МОУ гимназия № 16 "Интерес"

Работа в формате PDF

2.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня представить свою жизнь без электрических устройств очень сложно. Причем, речь идет даже не о крупной бытовой технике, а о малогабаритных приборах, делающих быт значительно комфортнее. Дистанционные пульты, настенные часы, фонарики, детские игрушки и многие другие мелкие устройства, к которым мы так привыкли, работают от портативного элемента питания. Чтобы обеспечить их стабильную работу, необходимо просто купить батарейки.

Как-то раз, открыв отсек для батареек, я заметил такую картинку.

Поверхность источника тока покрылась неким белесоватым налетом, напоминающим соль. Появились потёки, напоминающие жирные следы. Кроме этого от отсека исходил неприятный запах. Покрутив батарейку в руке, я увидел значок перечеркнутого мусорного ведра и понял, что этот значок обозначает, что нельзя выбрасывать батарейку в мусорное ведро.

Цель: изучение вреда батареек и необходимость их утилизации.

Гипотеза исследования: я считаю, что использованная батарейка, выброшенная на мусорные свалки, приносит вред окружающей среде и здоровью человека.

Задачи исследования:

изучить научную литературу по теме;

изучить состав батареек и их виды;

изучить какое влияние оказывает отработанная батарейка на окружающую среду;

исследовать процесс утилизации батареек ;

экспериментально доказать, что батарейка опасна;

повысить экологическую культуру учащихся и их родителей о вреде использованных батареек.

Глава I.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЧТО ТАКОЕ БАТАРЕЙКА?

Батарейка - (разг.). Маленькая аккумуляторная батарея, источник питания бытовых приборов. Б. Карманного фонарика. Часы на батарейках.(Толковый словарь Ожегова).

Из учебника «Физика. 8 класс» А.В. Перышкина. Батарейка –источник тока или гальванический элемент.

В Википедии прочитал, что батарейка – это обиходное название источника электрического тока, предназначенного для питания различных устройств. 

Батарейка – это химический источник тока. Электрический ток возникает в результате взаимодействия ионов катода и анода. Элементы питания могут быть разных размеров и типов. Они бывают одноразовыми и перезаряжаемыми.

Самое сложное в создании батареек - это подобрать материал для цилиндриков и раствора между ними. Обычно это редкие металлы. Поэтому во многих странах «севшие» батарейки не выкидывают в общий мусор, а собирают и на специальных заводах восстанавливают материалы, из которых они были сделаны, чтобы использовать их ещё раз.

Существует 5 самых распространенных типов круглых (цилиндрических) батареек: солевые, щелочные, литиевые, серебряные и воздушно-цинковые. Буква R в их обозначении означает круглую форму (от английского round).

Солевые батарейки (R). Они обеспечивают напряжение 1,5 вольта, имеют небольшую емкость, высокий саморазряд и низкий срок хранения (до 2-х лет). При низких температурах они неработоспособны. Солевые батарейки самые дешевые.

Щелочные батарейки (LR). Они имеют напряжение 1,5 вольта, увеличенную емкость, низкий саморазряд и большой срок хранения до 10 лет. Они сохраняют работоспособность при низких температурах до -20 градусов. Эти источники тока недороги, в обиходе их еще называют алкалиновыми.

Литиевые батарейки (CR). Они имеют напряжение 3 вольта, большую емкость, малый саморазряд и большой срок хранения до 10-12 лет. Они сохраняют работоспособность при низких температурах до -40 градусов. Эти источники тока довольно дороги.

Серебряные батарейки (SR). Они имеют напряжение 1,55 вольта, высокую емкость, малый саморазряд и длительный срок хранения до 10 лет. Они сохраняют работоспособность при низких температурах до -30 градусов. Как правило, применяются в часах. В обиходе их также называют серебряно-цинковыми.

Воздушно-цинковые элементы (PR). Эти источники тока являются самыми чистыми с точки зрения экологии, благодаря чему широко используются в специальных медицинских устройствах, но имеют самый малый срок эксплуатации (несколько недель после вскрытия упаковки). Они имеют среднюю стоимость, имеют напряжение 1,2-1,4 вольта и очень высокую емкость (больше, чем у литий-ионных элементов в 2-3 раза), сохраняют работоспособность при температурах от -20 до +35 градусов. При хранении такие элементы нужно герметизировать для предотвращения саморазряда. При соблюдении правильных условий хранения (обеспечение герметичности) они имеют низкий саморазряд и могут храниться несколько лет.

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ БАТАРЕЙКИ

История создания батарейки берет начало в конце 17 века. Идея по изобретению переносного источника энергии принадлежит ученому Гальвани. Итальянец изучал реакции животных на различные воздействия. В одном из экспериментов ученый пришел к выводу, что два вида металла присоединенные в лапе лягушки проводят ток. Обосновать свой опыт Гальвани не смог, но история создания  гальванического элемента навсегда закрепилась за итальянским биологом.

Н аработки Луиджи Гальвани пригодились итальянскому физику Вольту.

ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ

1737-1798

АЛЕССАНДРО ВОЛЬТА

1745-1827

Ученый объяснил, что электрический ток между металлами возникает благодаря химической реакции. В доказательство Вольт поместил в колбу с соляным раствором медную и цинковую пластины, разграничив их картонными листами. Так был сформулирован принцип действия современных автономных источников питания.

К концу 19 столетия в 1896 году свет увидела первая батарейка сухого типа с углеродом марки Columbia. В наши дни – это известный на весь мир бренд Energizer. Спустя почти столетие, в 1992 году компания Energizer показала миру литиевые батарейки, по долговечности не имеющая равных, предназначена для высокотехнологичного оборудования.

Батареи-таблетки изобретены в 40-е годы 20 века Самюэлем Рубеном для американских военных. Сегодня плоские мини-батарейки необходимы для работы слуховых аппаратов, калькуляторов, игрушек. Целью научных изысканий в создании батарейки было улучшение ее свойств, эффективного применения, и создание минимального размера.

1.3 КАК РАБОТАЮТ БАТАРЕЙКИ?

Электрические батарейки - очень полезная вещь. Многие игрушки работают от батареек, и это очень удобно. А то пришлось бы включать их в розетку, путаться в длинных проводах. К тому же электрический ток из сети не подходит для игрушек, понадобилась бы ещё специальная коробочка для его исправления. Батарейки дают игрушкам и другим полезным вещам независимость и самостоятельность.

Батарейка делает электрический ток: крутятся колёса у машинки, ходят часы, горит фонарик. А батарейка «садится». Что значит «садится»? Такое слово используют, чтобы показать, что батарейка расходует свою энергию. Так человек, когда начинает уставать, стремится куда-нибудь присесть. Когда всю энергию батарейка истратит, то перестанет работать, больше не сможет электрический ток делать. Что же в ней происходит?

Хочу рассказать про пальчиковую батарейку. Её так назвали, потому что она похожа на пальчик. Внутри у неё - два цилиндрика, вставленные один в другой. Между цилиндриками - специальный раствор или паста. От одного цилиндрика к другому и течёт электрический ток. Например, от одного цилиндрика по проводу ток идёт в моторчик машинки, крутит колёса, и дальше по проводу подходит к другому цилиндрику. Электрический ток в проводах - это движение электронов, а в растворе между цилиндриками - это движение ионов. Всё самое интересное происходит на этих цилиндриках, где движение электронов превращается в движение ионов. Цилиндрики сделаны из разных веществ. Один из них сделан из металла. Например, цинка. В металле много электронов гуляет свободно. Это значит, что атомы металла превратились в ионы. Ионы в несколько тысяч раз тяжелее электронов, их трудно сдвинуть с места, и в электрическом токе в самом металле они не участвуют. Ток по металлам переносится электронами. А в батарейке этот металл одним боком мокнет в растворе. В результате часть ионов из металла попадает в раствор. И в металле остаются «лишние» свободные электроны. Общий заряд электронов становится больше, чем у ионов. Такой беспорядок в природе долго существовать не может. Электроны отправляются на поиски положительных ионов. Но через раствор-то они пройти не могут, у них один путь - через провода, через моторчик, покрутив колёса, электроны попадают на другой цилиндрик батарейки. А второй цилиндрик батарейки сделан из другого вещества. Это такое вещество (например, соединение марганца с кислородом), которое охотно выхватывает ионы из раствора, и с помощью электронов, пришедших по проводам, образует с ними какое-то новое вещество, соединяя электроны с ионами и со своими атомами. Вот так и поддерживается электрический ток. Один цилиндрик батарейки отдаёт положительные ионы в раствор, а электроны в провода, а другой хватает ионы из раствора, а электроны из проводов и соединяет их в новое вещество. И по мере работы батарейки портятся: цилиндрики и раствор между ними. А когда окончательно испортятся, то и говорят, что батарейка «села».

    Вывод: у любой батарейки есть анод (положительный полюс, обозначается значком +), катод (отрицательный полюс, обозначается, соответственно значком -), между ними электролит (как правило сухой). Электрический ток бежит от анода (-) к катоду (+), но между ними обязательно должна быть нагрузка (например лампочка или, что-то ещё).

1.4. ПУТЕШЕСТВИЕ БАТАРЕЙКИ

Многие батарейки содержат тяжёлые металлы — кадмий, никель, марганец, цинк, ртуть. Внутри батарейки эти металлы связаны с другими элементами и являются частью сложных веществ.Внешняя оболочка элементов питания изготовлена из металла и никакой опасности не представляет. Функция корпуса – изолировать внутренне содержимое от внешней среды. Когда батарейка попадает на свалку, её корпус постепенно разрушается, и всё содержимое оказывается снаружи. Вот тогда содержимое, представляющее собой смесь токсичных элементов, выходит наружу, отравляя окружающую среду. Теперь, с такой суперспособностью, им очень легко «сбежать» со свалки, особенно во время дождя. Путешествуя таким образом, тяжёлые металлы рано или поздно попадают из окружающей среды в живые организмы.

Например, с током воды из почвы «злоумышленники» попадают через корни в растение и задерживаются в нём. Если такое растение станет пищей для животного или человека, то все тяжёлые металлы перейдут вместе с ним. Чем больше таких растений будет съедено, тем больше опасных веществ накопится в организме. Организм животного и человека не может избавиться от тяжёлых металлов, не может превратить их в нетоксичные вещества и вывести. Поэтому, оказавшись в одном живом организме, тяжёлые металлы будут перемещаться дальше по пищевой цепочке. Например, если в озеро попала ртуть, то рыбы, обитающие в водоёме, станут её переносчиками. Если «поражённую» рыбу съест хищная рыба, то ртуть окажется в ней. Если рыбу поймает птица или человек, то вредное вещество перейдёт в них и продолжит свою разрушительную, убийственную для организма работу.

Отработанные источники питания при сжигании выделяют специфические газы диоксины, отравляющие людей. Маленькие дети могут проглотить гальванический элемент и нанести себе ущерб. Батареи могут взрываться и приносить не малый ущерб. Неправильное использование в случае замыкания чревато ожогами. Нельзя самостоятельно разбирать источник питания, бросать его в огонь и, конечно, пытаться перезарядить.

1.5. ВОЗДЕЙСТВИЕ ОТРАБОТАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

За один год в нашей стране используется не меньше 600 миллионов штук батареек. Это примерно 15 000 тонн. Если это количество батареек выложить в линию друг за другом, то получится тройное расстояние от самой западной до самой восточной окраины нашей страны - почти 30 000 километров. Представьте, сколько их может накопиться за 5, 10, 20 лет. Как только батарейка «садится», мы её выбрасываем. Но если мы внимательно рассмотрим корпус батарейки или аккумулятора, то увидим значок с изображением перечёркнутого контейнера. Этот знак предупреждает о том, что батарейки нельзя выбрасывать вместе с другим мусором, их нужно собирать отдельно. Давайте выясним, почему.

Почти все батарейки содержат железо (Fe), из которого сделан их корпус. Щелочные, или алкалиновые (Alkaline), батарейки содержат цинк (Zn) в аноде, марганец (Mn) в катоде, калий (К) в составе электролита. Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) содержат литий (Li) в сочетании с кобальтом (Co) или марганцем (Mn). Никелькадмиевые аккумуляторы (NiCd) содержат никель (Ni) в катоде, литий (Li) и калий (К) в электролите, кадмий (Cd) в аноде.
Никель-металлгидридные аккумуляторы (NiMH) содержат никель (Ni), литий (Li), калий (K), лантан (La). Свинцовые аккумуляторы содержат свинец (Pb). Выше описаны самые распространённые и широко используемые химические источники тока. Кроме них существуют батарейки, в состав которых входят ртуть (Hg), серебро (Ag), олово (Sn), магний (Mg), медь (Cu) и многие другие элементы.

Так что же на самом деле мы выбрасываем, когда избавляемся от старых батареек и аккумуляторов? Выбрасывая батарейки, мы избавляемся от всех этих веществ. Значит, эти вещества и есть причина того, что на батарейке изображён знак, запрещающий их выбрасывать.

Опасность любой батарейки объясняется содержанием:

анода – это цинковый порошок, пропитанный электролитом;

катода – это смесь двуокиси магния и титана.

В целом в составе одной батарейки может быть до 10 токсичных химических элементов: магний, ртуть, олово, свинец, никель, цинк, кадмий, которые способны в организме вызывать болезни.

Ртуть - поражает нервную систему, печень, почки, желудок.

Свинец - поражает печень, почки, нервную систему и костные ткани.

Никель и цинк - поражают кишечник, печень, головной мозг.

Кадмий - вредит лёгким и почкам.

Щёлочи - прожигают кожу и слизистые оболочки.

Рис. Последствия воздействия тяжелых металлов и лития

Чтобы батарейки принесли пользу, мы не будем выбрасывать их вместе с другим мусором, а будем сдавать их в специальные контейнеры. В нашем городе есть пункты приёма, куда можно сдать батарейки. Собирайте использованные батарейки и храните их дома в ёмкости с плотно завинчивающейся крышкой. Когда их накопится много, отнесите их в пункт приёма.

ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1 ЧЕМ ВРЕДНЫ БАТАРЕЙКИ.

ЭКСПЕРИМЕНТ «ВЛИЯНИЕ ВОДЫ НА БАТАРЕЙКУ».

Я опытным путем решил проверить, что произойдет с водой, если положить батарейку в воду. Будут ли выделяться из элемента питания содержащиеся в нем вещества.

Вывод: металлическая оболочка батарейки под действием воды разрушается, а вредные вещества тяжелых металлов, находящиеся в батарейке, попадают в воду.

2.2 УТИЛИЗАЦИЯ И ПЕРЕРАБОТКА БАТАРЕЕК НА ПРИМЕРЕ ГРУППЫ КОМПАНИЙ «МЕГАПОЛИСРЕСУРС»

Батарейки нельзя утилизировать вместе с другими бытовыми отходами, потому что содержащиеся внутри батареек металлы токсичны. Некоторые виды батареек способны к самовзрыванию, при сжигании батарейки, токсичные материалы, содержащиеся в ней, попадут в атмосферу.

Что же тогда делать с отработавшими свой срок батарейками?

В крупных городах существует немало вариантов, куда можно сдать использованные батарейки. Совсем несложно собрать отслужившие свой срок элементы питания у себя дома или у родных, а потом отвезти в специальные пункты сбора.

Мне стало интересно много ли мест куда можно сдать «отработанные» батарейки в г. Люберцы. Для этого я обратился к источникам интернета и был приятно удивлён, что проблем с данным вопросом нет и отправился в один из пунктов приёма - «ВкусВилл» по адресу: г. Люберцы, проспект Победы, 10/18.

Когда контейнер заполняется, сотрудники магазина заказывают курьера. Курьер приезжает, забирает и передаёт в место сбора - в город Москву, а уже оттуда они отправляются в город Челябинск в ГК «Мегаполисресурс» для утилизации.

ГК «Мегаполисресурс» - ведущий в России переработчик батареек, аккумуляторов и электронного лома с 2013г.. Оказывается, они первые в России, кто начал утилизировать элементы питания. «Мегаполисресурс» перерабатывает 7 видов батареек. Вместе со своими официальными партнёрами (Duracell, IKEA, Decathlon, Coca-Cola, РЖД, EMERSON) принимают элементы питания на утилизацию. До 94,4% вторичных ресурсов возвращается в промышленный оборот, что сравнимо с лучшими мировыми практиками. Из батареек извлекают железо, цветные металлы и их соли.

Виды перерабатываемых батареек и аккумуляторов:

- Марганцево-цинковые (MnZn);

- Никель-металлгидридные (NiMH);

- Литий-ионные (Li-ion);

- Серебряно-цинковые (AgZn);

- Никель-кадмиевые (NiCd);

- Литий-тионилхлоридные (Li-SOCl2);

- Никель-железные.

ГК «Мегаполиресурс» перерабатывает батарейки в 5 этапов:

СОРТИРОВКА. Батарейки вручную сортируют по химическим типам. Это оптимизирует последующие этапы утилизации, потому что внутреннее содержимое диктует и методы переработки. Если состав батарейки не ясен, то они отправляются в лабораторию, где проводят опыты и определяют тип батарейки.

Д
РОБЛЕНИЕ И МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ

Рассортированные батарейки измельчают в промышленном шредере. После помощи магнитного сепаратора железная оболочка отделяется от внутреннего содержимого.

ПРОМЫВКА ОТ ЭЛЕКТРОЛИТА. Содержимое батареек промывается от электролита, который в последствие используется для нейтрализации кислот. После вода возвращается обратно в цинк.

Вторичное использование полученного сырья

1. Железо. Отправляется на металлургические предприятия, гдеиспользуется для производства различных деталей и предметов.

2. Графит. Из него производят: щетки электродвигателей, детали для автотранспорта, минеральные краски, смазочные материалы (из графитного порошка).

3, Марганец. Сфера применения очень широка: изготовление минеральных добавок, красильная промышленность, полиграфия, изготовление новых элементов питания.

5. Цинк. Помимо изготовления новых элементов питания используется в массе отраслей: фармацевтика, медицина, сельское хозяйство.

6. Свинцовые сплавы. Отправляются на заводы. Полученный чистый свинец равноценен тому, что впервые добыт из свинцовой руды. Его используют в производстве: электродов, керамики, стекла. В завершении хочется добавить:

эффективность переработки марганцево-цинковых батареек составляет 94,4%;

полный цикл утилизации занимает 4 дня;

за смену сортировщик перерабатывает 600 кг батареек.

2 .3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ АКЦИЯ

Для формирования правильных экологических привычек у ребят я решил организовать в школе экологическую акцию. В классе был установлен контейнер для сбора отработанных и ненужных батареек. За неделю было собрано больше ста батареек

Цель: привлечь внимания родителей и учащихся к проблеме раздельного сбора отходов и повысить у них сознательность и экологическую культуру. Мои одноклассники активно приняли участие в акции, так как многие семьи собирали батарейки и не знали, куда их сдать.

Вывод: акция по сбору отработанных батареек должна организовываться в нашей школе ежегодно.

ЭТО НУЖНО ЗНАТЬ: Подсчитано, что одна пальчиковая батарейка, беспечно выброшенная в мусорное ведро, может загрязнить тяжёлыми металлами около 20 квадратных метров земли, а в лесной зоне это территория обитания двух деревьев, двух кротов, одного ёжика и нескольких тысяч дождевых червей!  

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведя данную исследовательскую работу, я пришёл к выводу, что проблема загрязнения окружающей среды не решится сама собой, пока человечество не поймет, что выбрасывать в мусорное ведро батарейки нельзя. При правильной утилизации любая батарейка или аккумулятор приносят пользу, а не вред. И именно правильные действия сделают наше будущее светлее и чище!

Не забывайте, что одна единственная пальчиковая батарейка заражает 20 квадратных метров земли, 400 литров воды, отравляет два дерева, одного ёжика, тысячи дождевых червей и двух кротов. А также помните, что отравление тяжёлыми металлами, содержащимися в батарейках, приводит: к сердечной недостаточности, поражению почек и печени, поражению центральной нервной системы и даже к смерти!

Считаю, что цель работы достигнута, гипотеза подтверждена.

По результатам исследований, можно сделать следующие выводы:

Батарейки имеют только одну жизнь, а затем, разлагаясь, они оказывают вредное воздействие на окружающую среду.

Большинство людей выбрасывают батарейки в мусорные контейнеры, либо, по каким-то причинам, хранят их дома, тем самым подвергают своё здоровье опасности.

Использованные батарейки нужно сдавать  в пункты приёма, а не выбрасывать их в мусор или хранить их дома.

Что же нам делать для сохранения окружающей среды и здоровья человека?

Первое и простое – использовать перезаряжающиеся аккумуляторные батарейки: это экономичнее для вашего кошелька и безопаснее для окружающей среды.

И второе – сдавать отработанные батарейки, энергосберегающие лампочки и аккумуляторы в специальные пункты приема.

Считаю, что данная проблема не потеряет своей актуальности в ближайшее время. Только от нас зависит, превратится ли этот мусор в токсичные отходы, которые в конечном итоге разрушат наше здоровье и займут всё пространство вокруг нас, или он превратится в сырьё, которое позволит сэкономить природные ресурсы, сохранить природу и наши жизни.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Видеоролики для классных часов

https://yandex.ru/efirk=logo_partner_player

https://youtu.be/mf1wKYuyi7Q

https://youtu.be/pjqABtgfe9U

Принцип работы батареек и рекомендации по утилизации батареек.

https://youtu.be/x6u_C04Fwi4

Ковалев Глеб Почему нельзя выбрасывать батарейки

https://youtu.be/QJTR1R5OeRE

Солевая батарейка https://melscience.com/RU-ru/experiments/batteryv2_zinc-carbon/

1. Володин В.А. «Энциклопедия для детей том 17», М: Аванта+, 2000г.

2. Зубков. Б. В «Энциклопедический словарь юного техника», М:Педагогика,1988г.

3. Гринин А. С., Новиков В. Н. «Промышленные и бытовые отходы: хранение, утилизация, переработка».-Москва, «ФАИР-ПРЕСС», 2002г.

4. Касьян А. А. «Современные проблемы экологии» - Москва, 2001 г.

5. Кувыкин Н. А. Бубнов А. Г. Гриневич В. И. «Опасные промышленные отходы» - Иваново 2004г.