Принцип действия гальванических элементов известен еще из школы — это два электрода с разной высотой потенциального барьера, помещенные в электролит (жидкий или пастообразный). Возникшая разность потенциалов между электродами создает ток в нагрузке. Но возникающая при этом необратимая химическая реакция ведет к постепенному уменьшению напряжения элемента и разрушению электродов и электролита.
В часто используемых цилиндрических элементах один электрод — цинковый цилиндр, другой обычно графитовый стержень, а между ними размещен пастообразный электролит. Он практически не растекается, поэтому такие элементы называются сухими. Конструкция цилиндрического угольно-цинкового элемента представлена на рисунке.
Перечисленные выше гальванические элементы отличаются типом электролита. Хлорно-цинковые имеют электролит на основе хлорида цинка, электродвижущую силу (ЭДС) 1,6 В и хорошо работают при больших токах разряда, и их часто выделяют надписью «heavy-duty» (элементы большой мощности). Марганцево-цинковые элементы имеют электролит в виде смеси нашатыря и хлорида цинка, разбавленной водой. Их лучше применять при малых токах разряда, ЭДС этих элементов составляет 1,55 В.
Выпускаются также элементы в форме таблеток. Однако угольно-цинковые элементы этого типа в КПК ныне не применяются — зато используются литиевые элементы подобной конструкции, но существенно меньшей толщины. Сайт Новости Hi-Tech сообщает о разработке и успешном применении новых угольно-цинковых элементов с толщиной в несколько миллиметров.
Гальванические элементы и батареи из них характеризуются электрической емкостью — произведением интегрального значения отдаваемого тока на время разряда. Эта емкость зависит от размеров элементов, и она тем больше, чем больше эти размеры. Щелочные элементы (именуемые также алкалаиновые — от слова Alkaline — щелочной) имеют значительно большую емкость, и потому они более предпочтительны.
Характерной особенностью угольно-цинковых, да и других элементов является резкая потеря емкости при понижении температуры. Для применения таких элементов весьма предпочтительным является режим импульсного разряда, когда разряд чередуется с длительными паузами. Именно такой режим разряда характерен для применения КПК. Удельная мощность этих элементов составляет всего 5—10 Вт/кг.
Сложнее устроены современные щелочные элементы с обозначением Alkaline. Внешний корпус — это просто защитная оболочка. Анодом здесь является желеобразная смесь цинкового порошка вперемешку с электролитом (который в свою очередь является водным раствором гидроксида калия). Катод, смесь угля и диоксида марганца, окружает анод и электролит. Он отделяется слоем нетканого материала, таким как полиэстер. В зависимости от области применения щелочные батарейки могут прослужить в 4—5 раз дольше, чем обычные угольно-цинковые. Особенно заметна эта разница при таком режиме использования, когда короткие периоды высокой нагрузки перемежаются длительными периодами бездействия. Удельная энергия таких элементов достигает 65—90 Вт х ч/кг.
Самые распространенные цилиндрические или пальчиковые гальванические элементы (размером с мизинец мужской руки) обычно имеют обозначение АА, а меньшие по размеру — AAA. Обычно такие элементы продаются в фирменной упаковке. Срок годности их доходит до нескольких лет.