A baterija, kuris iš tikrųjų yra elektros elementas, yra prietaisas, kuris gamina elektrą per cheminę reakciją. Griežtai tariant, akumuliatorių sudaro du ar daugiau elementų, sujungtų nuosekliai arba lygiagrečiai, tačiau terminas dažniausiai naudojamas vienai ląstelei. Ląstelę sudaro neigiamas elektrodas; elektrolitą, kuris praleidžia jonus; separatorius, taip pat jonų laidininkas; ir teigiamas elektrodas. elektrolitas gali būti vandeninis (sudarytas iš vandens) arba nevandeninis (nesudarytas iš vandens), skysto, pastos arba kieto pavidalo. Kai ląstelė yra prijungta prie išorinės apkrovos arba prietaiso, kuriam reikia maitinimo, neigiamas elektrodas tiekia elektronų srovę, kuri teka per apkrovą ir kurią priima teigiamas elektrodas. Pašalinus išorinę apkrovą, reakcija nutrūksta.
Pirminė baterija yra tokia, kuri savo chemikalus gali paversti elektra tik vieną kartą, o po to turi būti išmesta. Antrinė baterija turi elektrodus, kuriuos galima atkurti, perduodant energiją atgal per jį; dar vadinamas akumuliatoriumi arba akumuliatoriumi, jį galima naudoti daug kartų.
Šiame akumuliatoriuje teigiamame elektrode (katode) naudojamas nikelio oksidas, neigiamame elektrode (anode) - kadmio junginys, o elektrolite - kalio hidroksido tirpalas. Nikelio kadmio baterija yra daugkartinio įkrovimo, todėl ji gali pakartotinai važiuoti. Nikelio kadmio akumuliatorius paverčia cheminę energiją elektros energija, kai ji išsikrauna, ir paverčiant ją energija, virsta chemine energija. Visiškai išsikrovusiame NiCd akumuliatoriuje anodo katode yra nikelio hidroksidas [Ni (OH) 2] ir kadmio hidroksidas [Cd (OH) 2]. Įkraunant akumuliatorių, katodo cheminė sudėtis virsta ir nikelio hidroksidas pasikeičia į nikelio oksihidroksidą [NiOOH]. Anode kadmio hidroksidas virsta kadmiu. Baterijai išsikrovus, procesas vyksta atvirkščiai, kaip parodyta šioje formulėje.
Nikelio-vandenilio baterija gali būti laikoma nikelio-kadmio akumuliatoriaus ir kuro elemento hibridu. Kadmio elektrodas buvo pakeistas vandenilio dujų elektrodu. Ši baterija vizualiai daug skiriasi nuo nikelio-kadmio akumuliatoriaus, nes elementas yra slėginis indas, kuriame turi būti daugiau kaip tūkstantis svarų kvadratiniame colyje (psi) vandenilio dujų. Jis yra žymiai lengvesnis nei nikelis-kadmis, tačiau jį sunkiau supakuoti, panašiai kaip kiaušinių dėžę.
Nikelio-vandenilio baterijos kartais painiojamos su nikelio-metalo hidrido akumuliatoriais - akumuliatoriais, kurie dažniausiai būna mobiliuosiuose telefonuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose. Nikelio-vandenilio, taip pat nikelio-kadmio akumuliatoriuose naudojamas tas pats elektrolitas, kalio hidroksido tirpalas, kuris paprastai vadinamas šarmu.
Nikelio / metalo hidrido (Ni-MH) akumuliatorių kūrimo paskatos kyla dėl rūpimų sveikatos ir aplinkos problemų ieškant pakaitalų įkraunamoms nikelio / kadmio baterijoms. Dėl darbuotojų saugos reikalavimų, kadmio perdirbimas baterijose JAV jau laipsniškai nutraukiamas. Be to, dėl 1990 m. Ir XXI amžiaus aplinkos apsaugos teisės aktų greičiausiai bus būtina apriboti kadmio naudojimą vartotojams skirtose baterijose. Nepaisant šių slėgių, nikelio / kadmio akumuliatoriai, be švino-rūgšties akumuliatorių, vis dar užima didžiausią pakraunamų baterijų rinkos dalį. Kitos paskatos tiriant vandenilio pagrindu pagamintas baterijas kyla iš bendro įsitikinimo, kad vandenilis ir elektra pakeis ir galiausiai pakeis a Didelė dalis iškastinio kuro išteklių energiją naudojančių indėlių sudaro tausiosios atsinaujinančiosios energijos sistemos pagrindą šaltiniai. Galiausiai, yra didelis susidomėjimas elektrinių ir hibridinių transporto priemonių Ni-MH akumuliatorių kūrimu.
KOH elektrolitas gali pernešti tik OH jonus, o norint išlaikyti pusiausvyrą krūvio transportavimui, elektronai turi cirkuliuoti per išorinę apkrovą. Nikelio oksi hidroksido elektrodas (1 lygtis) buvo išsamiai ištirtas ir apibūdintas, o jo pritaikymas plačiai įrodytas tiek antžeminiam, tiek kosminiam naudojimui. Daugelio dabartinių Ni / metalo hidrido akumuliatorių tyrimų metu buvo siekiama pagerinti metalo hidrido anodo veikimą. Konkrečiai tam reikia sukurti hidridinį elektrodą, turintį šias charakteristikas: (1) ilgą ciklo trukmė, (2) didelė talpa, (3) didelis įkrovimo ir iškrovos greitis esant pastoviai įtampai ir (4) sulaikymas talpa.
Šios sistemos skiriasi nuo visų anksčiau paminėtų akumuliatorių tuo, kad elektrolite nenaudojamas vanduo. Jie naudoja nevandeninį elektrolitą, kurį sudaro organiniai skysčiai ir ličio druskos, kad būtų užtikrintas jonų laidumas. Ši sistema turi daug didesnę celių įtampą nei vandeninės elektrolitų sistemos. Be vandens, vandenilio ir deguonies dujų išsiskyrimas yra pašalinamas, o ląstelės gali veikti daug plačiau. Jie taip pat reikalauja sudėtingesnio surinkimo, nes tai turi būti padaryta beveik tobulai sausoje atmosferoje.
Daugybė vienkartinių akumuliatorių pirmiausia buvo sukurti naudojant ličio metalą kaip anodą. Komercinių monetų elementai, naudojami šiandieninėms laikrodžių baterijoms, dažniausiai yra ličio chemija. Šiose sistemose naudojamos įvairios katodinės sistemos, kurios yra pakankamai saugios vartotojams. Katodai yra pagaminti iš įvairių medžiagų, tokių kaip anglies monoflouridas, vario oksidas arba vanadžio pentoksidas. Visų kietojo katodo sistemų išmetimo greitis yra ribotas.
Norint gauti didesnį išmetimo greitį, buvo sukurtos skystųjų katodų sistemos. Šiose konstrukcijose elektrolitas reaguoja ir reaguoja prie akytojo katodo, kuris sukuria katalizines vietas ir elektros srovės surinkimą. Keli šių sistemų pavyzdžiai yra ličio tionilo chloridas ir ličio sieros dioksidas. Šios baterijos yra naudojamos kosmose ir kariniams tikslams, taip pat avariniams švyturiams žemėje. Paprastai jie nėra prieinami visuomenei, nes jie yra mažiau saugūs nei kietojo katodo sistemos.
Manoma, kad kitas ličio jonų akumuliatorių technologijos žingsnis yra ličio polimero akumuliatorius. Ši baterija skystą elektrolitą pakeičia geliu arba tikru kietu elektrolitu. Manoma, kad šios baterijos bus dar lengvesnės nei ličio jonų baterijos, tačiau šiuo metu neplanuojama šios technologijos skraidyti kosmose. Jis taip pat nėra paprastai parduodamas komercinėje rinkoje, nors jis gali būti visai šalia.
Žvelgiant atgal, mes nuėjome ilgą kelią nuo nesandarumo žibintuvėlis šeštojo dešimtmečio baterijos, kai gimė skrydis į kosmosą. Yra daugybė sprendimų, leidžiančių patenkinti daugybę skrydžių iš kosmoso, nuo 80 iki nulio iki aukščiausių saulės skrydžio temperatūrų. Galima valdyti didžiulę radiaciją, dešimtmečius trunkančią eksploataciją ir krovinius, siekiančius dešimtis kilovatų. Ši technologija toliau vystysis ir nuolat stengsis tobulinti baterijas.