Włóż baterie do pilota lub latarki. Ekran się podświetla. Zabawka zaczyna się poruszać. To wydaje się być magią. Ale to nieprawda. To jest elektrochemia.
Proces wydaje się prosty. To kończy obwód. Przepływ elektronów. Ale wewnątrz sprawy toczy się wojna między atomami. Anoda i katoda wymieniają elektrony poprzez elektrolit. Jedna strona ich traci. Ten drugi zdobywa. Ten przepływ to prąd.
Reakcja trwa do wyczerpania środków chemicznych. Wtedy bateria się wyczerpie. Można go też naładować, aby wymusić reakcję w przeciwnym kierunku.
Tak działają główne typy akumulatorów. I dlaczego są ważne w Twoim codziennym życiu.
Podstawy pierwiastków cynkowo-węglowych i alkalicznych
Większość baterii jednorazowych zawiera cynk. To bardzo tanie. Jest to powszechne.
W akumulatorze cynkowo-węglowym anodą jest metaliczny cynk. Katodą jest dwutlenek manganu. Elektrolitem jest zwykle chlorek amonu lub chlorek cynku. Ogniwa te można znaleźć w tanich bateriach AA lub D. Nadają się do urządzeń o niskim zużyciu energii, takich jak zegarki. W urządzeniach o dużym poborze prądu szybko ulegają awarii.
Bateria alkaliczna to ulepszona wersja. Wykorzystuje tę samą anodę cynkową i katodę dwutlenku manganu. Jednakże elektrolitem jest wodorotlenek potasu. Jest to substancja alkaliczna. Stąd pochodzi nazwa.
Baterie alkaliczne wytrzymują dłużej. Lepiej wytrzymują duże prądy. Dlatego dominują na rynku pilotów i zabawek. Tutaj cynk stosuje się w postaci proszku. Zwiększa to powierzchnię. Jest więcej miejsca na reakcję. Jeszcze więcej mocy.
Bateria litowo-jonowa, która mieści się w kieszeni
Spójrz na swój telefon komórkowy. Działa w oparciu o technologię baterii litowo-jonowych.
To chemia, którą można ponownie naładować. To jest wysoka wydajność. Zasila laptopy, aparaty fotograficzne i, tak, samochody elektryczne.
Standardowa konfiguracja wykorzystuje katodę z tlenku litu i kobaltu. Anoda jest węglowa. Podczas ładowania i rozładowywania jony litu przemieszczają się tam i z powrotem.
Dlaczego to jest ważne? Gęstość energii. Baterie litowo-jonowe są lżejsze i zapewniają większą moc. Dlatego telefon mieści się w kieszeni. Właśnie dlatego elektryczny samochód Tesla może przejechać 300 mil. Ceną za to jest koszt i złożoność. Baterie litowe wymagają systemu kontroli zapobiegającego przegrzaniu.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe w bagażniku
Otwórz maskę samochodu. Przed tobą będzie akumulator kwasowo-ołowiowy.
To stara technologia. Ciężki. Brudny. Ale to działa.
Elektrody składają się z dwutlenku ołowiu i ołowiu metalicznego. Elektrolitem jest kwas siarkowy. Po uruchomieniu silnika z tego akumulatora płynie duży prąd. To nie jest zbyt skuteczne. To nie jest łatwe. Jest jednak lepszy niż jakiekolwiek inne analogi w zimnych regionach i wysokich prądach rozruchowych.
Cena jest również bardzo niska. I nadaje się do recyklingu. Dlatego prawie wszystkie samochody z silnikami benzynowymi są nadal w nie wyposażone.
Przyszłość: akumulatory zasilane powietrzem?
Naukowcy pracują nad szalonymi badaniami. Bateria litowa pobierająca tlen z powietrza.
Tak. Z atmosfery.
Elektrody wykonane są z litu i tlenu z otoczenia. Wynik? Znacząca utrata wagi.
Wstępne modele sugerują, że gęstość energii jest od 5 do 10 razy większa niż w przypadku obecnych akumulatorów litowo-jonowych. Wyobraź sobie telefon, który działa przez tydzień. Albo samochód elektryczny, którego nie trzeba ładować w podróży.
Są przeszkody. Stabilność. Kontrola wilgotności. Utrata wydajności. Technologia nie jest jeszcze gotowa. Ale możliwości są ogromne.
Jeśli to zadziała, wszystko się zmieni. Waga baterii zostanie zmniejszona. Zasięg pojazdów elektrycznych będzie szybko wzrastał. Można rozwiązać problem magazynowania energii w sieciach elektroenergetycznych.
Jeszcze tam nie dotarliśmy. Chemia to skomplikowana sprawa. Tlen może reagować w nieprzewidywalny sposób. Jednak kierunek jest jasny.
Chcemy więcej energii. Mniejsza waga. Taniość.
Bateria wewnątrz urządzenia to kompromis. Równoważy koszty, bezpieczeństwo i pojemność. Następny będzie lepszy. Przynajmniej będzie łatwiej.
Do tego czasu zamknij te obwody.
