Baterija

Akumuliatoriaus cheminė sudėtis

Akumuliatorių gali sudaryti vienas arba daug elementų. Kiekvienas elementas turi anodą, katodą ir elektrolitą. Elektrolitas yra pagrindinė akumuliatoriaus medžiaga. Dažnai tai būna tam tikros rūšies rūgštis, kurią liesti gali būti pavojinga. Anodas reaguoja su elektrolitu ir išskiria elektronus (tai neigiamas arba - galas). Katodas reaguoja su elektrolitu ir priima elektronus (tai teigiamas arba + galas). Elektros srovė atsiranda, kai laidas sujungia anodą su katodu, ir elektronai juda iš vieno galo į kitą. (Tačiau akumuliatorių galima sugadinti vien laidu, jungiančiu abu galus, todėl tarp abiejų galų reikia ir apkrovos. Apkrova yra kažkas, kas sulėtina elektronų judėjimą ir paprastai atlieka kažką naudingo, pavyzdžiui, lemputė žibintuvėlyje arba elektronika skaičiuotuve).

Elektrolitas gali būti skystas arba kietas. Priklausomai nuo elektrolito tipo, akumuliatorius vadinamas šlapio arba sauso elemento akumuliatoriumi.

Akumuliatoriuje vykstančios cheminės reakcijos yra egzoterminės reakcijos. Šio tipo reakcijų metu susidaro šiluma. Pavyzdžiui, jei ilgai paliksite įjungtą nešiojamąjį kompiuterį ir paliesite akumuliatorių, jis bus šiltas arba karštas.

Įkraunama baterija įkraunama keičiant baterijoje vykstančios cheminės reakcijos kryptį. Tačiau įkraunamą akumuliatorių galima įkrauti tik tam tikrą skaičių kartų (įkrovimo trukmė). Net įmontuotų akumuliatorių negalima įkrauti visam laikui. Be to, kiekvieną kartą įkraunant akumuliatorių, jo gebėjimas išlaikyti įkrovą šiek tiek sumažėja. Neįkraunamų akumuliatorių nereikėtų įkrauti, nes gali ištekėti įvairių kenksmingų medžiagų, pavyzdžiui, kalio hidroksido.

Elementus galima sujungti, kad susidarytų didesnis akumuliatorius. Vieno elemento teigiamo elemento teigiamąjį junginį sujungus su kito neigiamuoju, jie vadinami nuosekliuoju jungimu. Kiekvieno akumuliatoriaus įtampa sudedama. Du nuosekliai sujungti šešių voltų akumuliatoriai sukurs 12 voltų įtampą.

Vieno elemento teigiamąjį junginį sujungus su kito teigiamuoju, o neigiamąjį - su neigiamuoju, vadinama lygiagrečiuoju jungimu. Įtampa išlieka ta pati, bet srovė sumuojama. Įtampa yra slėgis, stumiantis elektronus per laidus, ji matuojama voltais. Srovė - tai kiek elektronų gali tekėti vienu metu, ji matuojama amperais. Srovės ir įtampos derinys yra akumuliatoriaus galia (vatai = voltai x amperai).

Lygiagrečiai sujungti akumuliatoriai - parodyta schemoje ir brėžinyje

Akumuliatorių dydžiai

Akumuliatoriai būna įvairių formų, dydžių ir įtampų.

AA, AAA, C ir D elementai, įskaitant šarmines baterijas, yra standartinių dydžių ir formų, o jų įtampa yra apie 1,5 V. Elemento įtampa priklauso nuo naudojamų cheminių medžiagų. Elektros krūvis, kurį jis gali suteikti, priklauso nuo to, kokio dydžio yra elementas, taip pat nuo to, kokios cheminės medžiagos. Akumuliatoriaus tiekiamas krūvis paprastai matuojamas ampervalandėmis. Kadangi įtampa išlieka ta pati, didesnis krūvis reiškia, kad didesnis elementas gali tiekti daugiau amperų arba veikti ilgiau.

Istorija

Pirmasis akumuliatorius buvo išrastas 1800 Alessandro Volta. Šiandien jo baterija vadinama Volto baterija.

Mažuose šiuolaikiniuose akumuliatoriuose skystis imobilizuojamas į tam tikrą pastą ir viskas dedama į sandarų korpusą. Dėl šio korpuso niekas negali išsilieti iš akumuliatoriaus. Didesniuose akumuliatoriuose, pavyzdžiui, automobilių akumuliatoriuose, vis dar yra skysčio ir jie nėra sandarūs. Antrojo pasaulinio karo metais buvo išrastas toks akumuliatorius, kuriame kaip elektrolitas naudojamos išlydytos druskos.

Akumuliatorių tipai

• Sausi elementai - elementai, kuriuose nėra skysčio (arba yra imobilizuoto skysčio, pvz., pastos ar gelio) kaip elektrolito.
• Pirminės ląstelės, ląstelės, kurių negalima įkrauti
• Šarminė baterija, "šarminė", neįkraunama
• Gyvsidabrio baterija, neįkraunama
• "Leclanche" akumuliatorius, "super heavy duty", neįkraunamas
• Ličio baterija, neįkraunama, "monetų elementas"
• Sidabro oksido baterija, neįkraunama, laikrodžio baterija
• Volto krūva, Allesandro Volto pirmasis akumuliatorius
• Antrinės ląstelės, ląstelės, kurias galima įkrauti
• Sandarus švino rūgšties akumuliatorius
• Įkraunama ličio jonų baterija, naudojama mobiliuosiuose telefonuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose
• Nikelio-kadmio akumuliatorius, "NiCd", įkraunamas
• Įkraunama nikelio-metalo hidrido baterija, "NiMH"
• Nikelio-cinko baterija

• Drėgnieji elementai - elementai, kuriuose elektrolitas yra skystis.
• Švino rūgštinis akumuliatorius, įkraunamas, automobilio akumuliatorius
• Nikelio-geležies baterija, įkraunama, Edisono baterija
• Kuro elementas, įkraunamas įpilant degalų

Automobilio akumuliatoriaus vaizdas iš viršaus

Akumuliatorių alternatyvos

Kuro elementai ir saulės baterijos nėra akumuliatoriai, nes juose energija nekaupiama.

Kondensatorius nėra akumuliatorius, nes jame nėra kaupiama cheminės reakcijos energija. Kondensatoriuje galima kaupti elektros energiją ir ją sukurti daug greičiau nei akumuliatoriuje, tačiau paprastai per brangiai kainuoja jį pagaminti tokio dydžio, koks gali būti akumuliatorius. Mokslininkai ir chemijos inžinieriai stengiasi sukurti geresnius kondensatorius ir baterijas elektromobiliams.

Nedideli elektros generatoriai, valdomi rankomis ir kojomis, gali tiekti energiją nedideliems elektros prietaisams. Laikrodiniai radijo imtuvai, laikrodiniai žibintuvėliai ir panašūs prietaisai taip pat turi užvedamą spyruoklę mechaninei energijai kaupti.