Baterija (elektrika)

Kemija v bateriji

Baterija je lahko sestavljena iz ene ali več celic. Vsaka celica ima anodo, katodo in elektrolit. Elektrolit je glavni material v bateriji. Pogosto gre za vrsto kisline, ki je lahko nevarna za dotik. Anoda reagira z elektrolitom in proizvaja elektrone (to je negativni ali - konec). Katoda reagira z elektrolitom in sprejema elektrone (to je pozitivni ali + konec). Električni tok nastane, ko žica poveže anodo in katodo, elektroni pa se premikajo z enega konca na drugega. (Toda baterijo lahko poškodujemo že z žico, ki povezuje oba konca, zato je med obema koncema potrebna tudi obremenitev. Obremenitev je nekaj, kar upočasni elektrone in običajno naredi nekaj koristnega, kot je žarnica v svetilki ali elektronika v kalkulatorju).

Elektrolit je lahko tekoči ali trdni. Glede na vrsto elektrolita se baterija imenuje baterija z mokrimi ali suhimi celicami.

Kemijske reakcije, ki potekajo v bateriji, so eksotermne reakcije. Pri tej vrsti reakcij nastaja toplota. Če na primer pustite prenosni računalnik dalj časa vklopljen in se nato dotaknete baterije, bo ta topla ali vroča.

Akumulatorska baterija se polni z obratno kemično reakcijo, ki poteka v bateriji. Vendar lahko akumulatorsko baterijo napolnimo le določeno številokrat (doba polnjenja). Tudi vgrajenih baterij ni mogoče polniti v nedogled. Poleg tega se z vsakim polnjenjem baterije njena zmožnost ohranjanja napolnjenosti nekoliko zmanjša. Baterij, ki jih ni mogoče ponovno napolniti, ne smete polniti, saj lahko iz njih iztečejo različne škodljive snovi, na primer kalijev hidroksid.

Celice je mogoče povezati v večjo baterijo. Povezovanje pozitivne celice z negativno celico naslednje celice se imenuje zaporedno povezovanje. Napetosti posameznih baterij se seštejejo. Dve zaporedno povezani šestvoltni bateriji bosta imeli 12 voltov.

Povezovanje pozitivne celice s pozitivno celico druge celice in negativne z negativno se imenuje vzporedno povezovanje. Napetost ostane enaka, vendar se tok sešteje. Napetost je pritisk, ki potiska elektrone skozi žice, in se meri v voltih. Tok je število elektronov naenkrat, meri se v amperih. Kombinacija toka in napetosti je moč (vati = volti x amperi) baterije.

Vzporedno povezane baterije - prikazano na shemi in risbi

Velikosti baterij

Baterije so različnih oblik, velikosti in napetosti.

Baterije AA, AAA, C in D, vključno z alkalnimi baterijami, so standardnih velikosti in oblik ter imajo približno 1,5 volta. Napetost celic je odvisna od uporabljenih kemikalij. Električni naboj, ki ga lahko zagotovi, je odvisen od tega, kako velika je celica in katere kemikalije. Električni naboj baterije se običajno meri v amperskih urah. Ker napetost ostaja enaka, več naboja pomeni, da lahko večja celica zagotavlja več amperov ali deluje dlje časa.

Zgodovina

Prva baterija je bila izumljena v 1800 Alessandro Volta. Danes njegovo baterijo imenujemo voltaična baterija.

V majhnih sodobnih baterijah je tekočina imobilizirana v neke vrste pasti, vse skupaj pa je shranjeno v zaprtem ohišju. Zaradi tega ohišja se iz baterije ne more nič razliti. Večji akumulatorji, kot so avtomobilski akumulatorji, imajo v sebi še vedno tekočino in niso zaprti. Med drugo svetovno vojno je bila izumljena vrsta baterije, ki kot elektrolit uporablja staljene soli.

Vrste baterij

• suhe celice, celice, ki kot elektrolit ne vsebujejo tekočine (ali vsebujejo imobilizirano tekočino, na primer pasto ali gel)
• Primarna celica, celice, ki jih ni mogoče ponovno napolniti
• Alkalna baterija, "alkalna", ni za ponovno polnjenje
• Baterija iz živega srebra, ki je ni mogoče ponovno napolniti
• Baterija Leclanche, "super heavy duty", ni za ponovno polnjenje
• Litijeva baterija, ki je ni mogoče ponovno napolniti, "kronska celica"
• Baterija iz srebrovega oksida, ki je ni mogoče ponovno napolniti, baterija za uro
• Voltaic kup, prva baterija Allesandra Voltasa
• Sekundarna celica, celice, ki jih je mogoče ponovno napolniti
• Zaprta svinčeno-kislinska baterija
• Litij-ionska baterija, ki jo je mogoče ponovno napolniti, se uporablja v mobilnih telefonih in prenosnih računalnikih.
• Nikelj-kadmijeva baterija, "NiCd", za ponovno polnjenje
• Nikelj-metalhidridna baterija, "NiMH", za ponovno polnjenje
• Nikelj-cinkova baterija

• mokre celice, celice, ki vsebujejo tekočino kot elektrolit.
• Svinčevo-kislinski akumulator, akumulatorski, avtomobilski akumulator
• Nikelj-železova baterija, za ponovno polnjenje, Edisonova baterija
• Gorivna celica, ki se polni z dodajanjem goriva

Pogled na zgornji del avtomobilskega akumulatorja

Alternative baterijam

Gorivne in sončne celice niso baterije, ker v njih ni shranjena energija.

Kondenzator ni baterija, ker ne shranjuje energije v kemični reakciji. Kondenzator lahko shranjuje električno energijo in jo ustvarja veliko hitreje kot baterija, vendar je običajno predrag, da bi ga naredili tako velikega, kot je lahko baterija. Znanstveniki in kemijski inženirji si prizadevajo izdelati boljše kondenzatorje in baterije za električne avtomobile.

Majhni električni generatorji, ki se upravljajo ročno ali z nogami, lahko napajajo majhne električne naprave. Tudi radijski sprejemniki z urnim mehanizmom, svetilke z urnim mehanizmom in podobne naprave imajo navijalno vzmet za shranjevanje mehanske energije.