Vložte baterie do dálkového ovladače nebo svítilny. Obrazovka se rozsvítí. Hračka se začne pohybovat. Vypadá to jako kouzlo. Ale to není pravda. To je elektrochemie.
Proces se zdá jednoduchý. Tím je okruh dokončen. Elektrony proudí. Ale uvnitř případu se rozvíjí válka mezi atomy. Anoda a katoda si vyměňují elektrony prostřednictvím elektrolytu. Jedna strana je ztrácí. Ten druhý získává. Tento tok je elektřina.
Reakce pokračuje, dokud se chemikálie nespotřebují. Pak se baterie vybije. Nebo může být nabito, aby se reakce vynutila v opačném směru.
Takto vlastně fungují hlavní typy baterií. A proč jsou důležité pro váš každodenní život.
Základy zinko-uhlíkových a alkalických prvků
Většina jednorázových baterií obsahuje zinek. Je to velmi levné. Je rozšířená.
V zinko-uhlíkové baterii je anoda zinková. Katoda je oxid manganičitý. Elektrolytem je obvykle chlorid amonný nebo chlorid zinečnatý. Tyto články lze nalézt v levných AA nebo D bateriích. Jsou vhodné pro zařízení s nízkou spotřebou energie, jako jsou hodinky. V zařízeních s vysokou spotřebou energie rychle selhávají.
Alkalická baterie je vylepšená verze. Používá stejnou zinkovou anodu a katodu oxidu manganičitého. Elektrolytem je však hydroxid draselný. Jedná se o alkalickou látku. Odtud pochází název.
Alkalické baterie vydrží déle. Lépe odolávají vysokým proudům. To je důvod, proč dominují na trhu s dálkovými ovladači a hračkami. Zde se zinek používá ve formě prášku. Tím se zvětší plocha povrchu. Je zde větší prostor pro reakci. Ještě větší výkon.
Lithium-iontová baterie, která se vejde do kapsy
Podívejte se na svůj mobilní telefon. Funguje na technologii lithium-iontových baterií.
To je dobíjecí chemie. To je vysoký výkon. Pohání notebooky, fotoaparáty a ano, elektromobily.
Standardní konfigurace používá lithiovou katodu z oxidu kobaltnatého. Anoda je uhlíková. Během nabíjení a vybíjení se ionty lithia pohybují tam a zpět.
Proč je to důležité? Hustota energie. Lithium-iontové baterie jsou lehčí a poskytují více energie. Proto se telefon vejde do kapsy. To je důvod, proč může elektromobil Tesla ujet 300 mil. Cenou za to jsou náklady a složitost. Lithiové baterie vyžadují řídicí systém, aby se zabránilo přehřátí.
Olověné baterie v kufru
Otevřete kapotu auta. Před vámi bude olověná baterie.
To je stará technologie. Těžký. Špinavý. Ale funguje to.
Elektrody se skládají z oxidu olovnatého a kovového olova. Elektrolytem je kyselina sírová. Když nastartujete motor, z této baterie teče hodně proudu. Není to moc účinné. Není to jednoduché. Je však lepší než jakékoli jiné analogy pro chladné oblasti a vysoké zapínací proudy.
Cena je také velmi nízká. A je recyklovatelný. Proto jsou jimi stále vybaveny téměř všechny vozy s benzínovými motory.
Budoucnost: vzduchem poháněné baterie?
Vědci pracují na šíleném výzkumu. Lithiová baterie, která odebírá kyslík ze vzduchu.
Ano. Z atmosféry.
Elektrody jsou lithium a okolní kyslík. Výsledek? Výrazný úbytek hmotnosti.
Předběžné modely naznačují, že hustota energie je 5 až 10krát vyšší než u současných lithium-iontových baterií. Představte si telefon, který funguje týden. Nebo elektromobil, který se při cestování nemusí nabíjet.
Existují překážky. Stabilita. Regulace vlhkosti. Ztráta účinnosti. Technologie ještě není připravena. Ale možnosti jsou obrovské.
Pokud to bude fungovat, všechno se změní. Hmotnost baterie se sníží. Dojezd elektromobilů se rapidně zvýší. Problém skladování energie v energetických sítích lze vyřešit.
Ještě jsme se tam nedostali. Chemie je složitá záležitost. Kyslík může reagovat nepředvídatelnými způsoby. Směr je však jasný.
Chceme více energie. Menší hmotnost. Láce.
Baterie uvnitř zařízení je kompromisem. Vyvažuje náklady, bezpečnost a kapacitu. Příští bude lepší. Alespoň to bude jednodušší.
Do té doby tyto okruhy uzavřete.
