Bateria ogniw

Chemia wewnątrz baterii

Bateria może mieć jedno lub wiele ogniw. Każde ogniwo posiada anodę, katodę i elektrolit. Elektrolit jest głównym materiałem wewnątrz baterii. Często jest to rodzaj kwasu, który może być niebezpieczny w dotyku. Anoda reaguje z elektrolitem, wytwarzając elektrony (jest to koniec ujemny lub -). Katoda reaguje z elektrolitem i zabiera elektrony (jest to koniec dodatni lub +). Prąd elektryczny powstaje, gdy przewód łączy anodę z katodą, a elektrony przemieszczają się z jednego końca na drugi. (Ale bateria może zostać uszkodzona przez sam drut łączący dwa końce, więc potrzebny jest również ładunek pomiędzy dwoma końcami. Obciążenie jest czymś, co spowalnia elektrony i zazwyczaj robi coś pożytecznego, jak żarówka w latarce, czy elektronika w kalkulatorze).

Elektrolit może być ciekły lub stały. W zależności od rodzaju elektrolitu, bateria nazywana jest baterią z ogniwami mokrymi lub suchymi.

Reakcje chemiczne, które zachodzą w baterii są reakcjami egzotermicznymi. Ten typ reakcji wytwarza ciepło. Na przykład, jeśli zostawisz laptopa włączonego przez dłuższy czas, a następnie dotkniesz baterii, będzie ona ciepła lub gorąca.

Akumulator jest ładowany poprzez odwrócenie reakcji chemicznej, która zachodzi w baterii. Ale akumulatorki mogą być ładowane tylko określoną ilość razy (czas działania). Nawet wbudowane baterie nie mogą być ładowane w nieskończoność. Co więcej, za każdym razem, gdy bateria jest ładowana, jej zdolność do utrzymania ładunku nieco spada. Baterie nie nadające się do ponownego ładowania nie powinny być ładowane, ponieważ mogą z nich wyciekać różne szkodliwe substancje, takie jak wodorotlenek potasu.

Ogniwa mogą być połączone w celu stworzenia większej baterii. Połączenie dodatniego bieguna jednego ogniwa z ujemnym bieguna następnego ogniwa nazywamy połączeniem szeregowym. Napięcie każdej baterii jest sumowane. Dwie baterie sześciowoltowe połączone szeregowo dadzą 12 woltów.

Połączenie dodatniego bieguna jednego ogniwa z dodatnim bieguna drugiego, a ujemnego bieguna z ujemnym biegunem nazywamy połączeniem równoległym. Napięcie pozostaje takie samo, ale prąd jest sumowany. Napięcie to ciśnienie, które przepycha elektrony przez przewody, jest ono mierzone w woltach. Prąd to ilość elektronów, które mogą przepływać jednocześnie, jest on mierzony w amperach. Kombinacja prądu i napięcia to moc (waty = wolty x ampery) baterii.

Baterie połączone równolegle - pokazane na schemacie i rysunku

Rozmiary baterii

Baterie występują w wielu różnych kształtach, rozmiarach i napięciach.

Ogniwa AA, AAA, C i D, w tym baterie alkaliczne, mają standardowe rozmiary i kształty, a ich napięcie wynosi około 1,5 V. Napięcie ogniwa zależy od użytych substancji chemicznych. Ładunek elektryczny, jaki może dostarczyć, zależy od tego, jak duże jest ogniwo, a także od użytych substancji chemicznych. Ładunek dostarczany przez baterię jest zwykle mierzony w amperogodzinach. Ponieważ napięcie pozostaje takie samo, większy ładunek oznacza, że większe ogniwo może dostarczyć więcej amperów lub pracować przez dłuższy czas.

Historia

Pierwsza bateria została wynaleziona w 1800 roku przez Alessandro Voltę. Obecnie jego bateria nazywana jest stosem woltaicznym.

W małych, nowoczesnych bateriach płyn jest unieruchomiony w czymś w rodzaju pasty, a wszystko jest umieszczone w szczelnej obudowie. Dzięki tej obudowie nic nie może się wylać z baterii. Większe akumulatory, takie jak akumulatory samochodowe, nadal mają płyn w środku i nie są szczelnie zamknięte. Rodzaj baterii, która wykorzystuje stopione sole jako elektrolit, został wynaleziony podczas II wojny światowej.

Rodzaje baterii

• Ogniwa suche, ogniwa, które nie zawierają cieczy (lub zawierają ciecz unieruchomioną, taką jak pasta lub żel) jako elektrolitu
• Ogniwo pierwotne, ogniwa, które nie mogą być ponownie naładowane
• Bateria alkaliczna, "alkaliczna", nie do ponownego naładowania
• Bateria rtęciowa, nie do ponownego ładowania
• Bateria Leclanche, "super wytrzymała", nie do ponownego ładowania
• Bateria litowa, nieładowalna, "coin cell".
• Bateria z tlenku srebra, nieładowalna, bateria do zegarka
• Stos Voltaic, Allesandro Voltas pierwszy akumulator
• Ogniwo wtórne, ogniwa, które można doładować
• Szczelny akumulator kwasowo-ołowiowy
• Bateria litowo-jonowa, wielokrotnego ładowania, stosowana w telefonach komórkowych i laptopach
• Bateria niklowo-kadmowa, "NiCd", wielokrotnego ładowania
• Bateria niklowo-metalowo-wodorkowa, "NiMH", do wielokrotnego ładowania
• Bateria niklowo-cynkowa

• Ogniwa mokre, ogniwa, które zawierają ciecz jako elektrolit
• Akumulator kwasowo-ołowiowy, akumulator, akumulator samochodowy
• Bateria niklowo-żelazowa, wielokrotnego ładowania, bateria Edisona
• Ogniwo paliwowe, doładowywane przez dodanie paliwa

Widok z góry na akumulator samochodowy

Alternatywy dla baterii

Ogniwa paliwowe i słoneczne nie są bateriami, ponieważ nie przechowują w sobie energii.

Kondensator nie jest baterią, ponieważ nie przechowuje energii w reakcji chemicznej. Kondensator może przechowywać energię elektryczną i wytwarzać ją znacznie szybciej niż bateria, ale zazwyczaj jego wyprodukowanie kosztuje zbyt wiele, aby mógł być tak duży jak bateria. Naukowcy i inżynierowie chemicy pracują nad stworzeniem lepszych kondensatorów i baterii do samochodów elektrycznych.

Małe generatory elektryczne obsługiwane ręcznie lub nożnie mogą zasilać małe urządzenia elektryczne. Zegarowe radia, zegarowe latarki i podobne urządzenia również posiadają sprężynę nawijającą, która magazynuje energię mechaniczną.