Baterija

Ķīmiskais sastāvs akumulatora iekšpusē

Akumulatoram var būt viens vai vairāki elementi. Katram elementam ir anods, katods un elektrolīts. Elektrolīts ir galvenais akumulatora iekšējais materiāls. Tas bieži ir skābes paveids, un tam var būt bīstami pieskarties. Anods reaģē ar elektrolītu, lai iegūtu elektronus (tas ir negatīvais jeb - gals). Katods reaģē ar elektrolītu un uzņem elektronus (tas ir pozitīvais jeb + gals). Elektriskā strāva rodas, kad vads savieno anodu ar katodu, un elektroni pārvietojas no viena gala uz otru. (Taču akumulatoru var sabojāt tikai ar vadu, kas savieno abus galus, tāpēc starp abiem galiem ir nepieciešama arī slodze. Slodze ir kaut kas, kas palēnina elektronu kustību un parasti veic kādu lietderīgu darbību, piemēram, spuldzīte lukturī vai elektronika kalkulatorā).

Elektrolīts var būt šķidrs vai ciets. Atkarībā no elektrolīta veida akumulatoru sauc par mitro vai sauso elementu akumulatoru.

Akumulatorā notiekošās ķīmiskās reakcijas ir eksotermiskas reakcijas. Šāda veida reakcijas rada siltumu. Piemēram, ja jūs atstājat klēpjdatoru ieslēgtu uz ilgu laiku un pēc tam pieskaraties akumulatoram, tas būs silts vai karsts.

Uzlādējams akumulators tiek uzlādēts, mainot akumulatorā notiekošās ķīmiskās reakcijas virzienu. Taču uzlādējamu akumulatoru var uzlādēt tikai noteiktu reižu skaitu (uzlādes laiks). Pat iebūvētās baterijas nevar uzlādēt mūžīgi. Turklāt katru reizi, kad akumulatoru uzlādē, tā spēja noturēt lādiņu nedaudz samazinās. Neuzlādējamas baterijas nedrīkst uzlādēt, jo no tām var noplūst dažādas kaitīgas vielas, piemēram, kālija hidroksīds.

Šūnas var savienot, lai izveidotu lielāku akumulatoru. Viena elementa pozitīvais savienojums ar nākamā elementa negatīvo tiek saukts par sērijveida savienošanu. Katras baterijas spriegums tiek saskaitīts kopā. Divas secīgi savienotas seš voltu baterijas veido 12 voltu spriegumu.

Vienas šūnas pozitīvo elementu savieno ar otras šūnas pozitīvo elementu, bet negatīvo - ar negatīvo, un to savieno paralēli. Spriegums paliek nemainīgs, bet strāva tiek saskaitīta kopā. Spriegums ir spiediens, kas spiež elektronus caur vadiem, un to mēra voltos. Strāva ir tas, cik daudz elektronu var iet vienlaicīgi, to mēra ampēros. Strāvas un sprieguma kombinācija ir akumulatora jauda (vati = volti x ampēri).

Paralēli savienoti akumulatori - attēlots shēmā un zīmējumā

Akumulatoru izmēri

Akumulatoriem ir dažādas formas, izmēri un spriegums.

AA, AAA, C un D tipa baterijas, tostarp sārmu baterijas, ir standarta izmēru un formu, un to spriegums ir aptuveni 1,5 volti. Elementa spriegums ir atkarīgs no izmantotajām ķīmiskajām vielām. Elektriskais lādiņš, ko tas var nodrošināt, ir atkarīgs no tā, cik liels ir elements, kā arī no tā, kādas ķīmiskās vielas tas satur. Baterijas lādiņu parasti mēra ampērstundās. Tā kā spriegums paliek nemainīgs, lielāks lādiņš nozīmē, ka lielāks elements var nodrošināt vairāk ampēru vai darboties ilgāk.

Vēsture

Pirmais akumulators tika izgudrots 1800 Alessandro Volta. Mūsdienās viņa akumulatoru sauc par Voltaja bateriju.

Mazās, modernās baterijās šķidrums ir imobilizēts sava veida pastas veidā, un viss ir ievietots hermētiskā apvalkā. Šī apvalka dēļ nekas nevar izplūst no akumulatora. Lielākos akumulatoros, piemēram, automašīnu akumulatoros, joprojām ir šķidrums, un tie nav hermētiski noslēgti. Otrā pasaules kara laikā tika izgudrots tāds akumulators, kurā kā elektrolītu izmanto izkausētus sāļus.

Akumulatoru veidi

• Sausie elementi, elementi, kuros kā elektrolīts nav šķidruma (vai ir imobilizēts šķidrums, piemēram, pasta vai gēls).
• Primārās šūnas, šūnas, kuras nevar atkārtoti uzlādēt.
• Sārma baterija, "sārmaina", nav uzlādējama
• Dzīvsudraba akumulators, nav uzlādējams
• Leclanche akumulators, "super heavy duty", nav uzlādējams
• Litija akumulators, nav uzlādējams, "monētas elements"
• Sudraba oksīda akumulators, nav uzlādējams, pulksteņa akumulators
• Voltaja kaudze, Allesandro Voltas pirmais akumulators
• Sekundārās šūnas, šūnas, kuras var uzlādēt.
• Hermētiski noslēgts svina skābes akumulators
• Litija jonu akumulators, uzlādējams, ko izmanto mobilajos telefonos un klēpjdatoros.
• Niķeļa kadmija akumulators, "NiCd", uzlādējams
• Niķeļa-metālhidrīda akumulators, "NiMH", uzlādējams
• Niķeļa-cinka akumulators

• mitrie elementi, elementi, kuros elektrolīts ir šķidrums.
• Svina skābes akumulators, uzlādējams, automašīnas akumulators
• Niķeļa-dzelzs akumulators, uzlādējams, Edisona akumulators
• Degvielas elements, ko uzlādē, pievienojot degvielu

Skats no augšas uz automašīnas akumulatoru

Alternatīvas baterijām

Kurināmā elementi un saules baterijas nav baterijas, jo tajās netiek uzglabāta enerģija.

Kondensators nav akumulators, jo tas neuzkrāj enerģiju ķīmiskā reakcijā. Kondensatorā var uzglabāt elektroenerģiju un radīt elektroenerģiju daudz ātrāk nekā baterijā, taču parasti tas izmaksā pārāk dārgi, lai to izveidotu tik lielu kā bateriju. Zinātnieki un ķīmijas inženieri strādā, lai izveidotu labākus kondensatorus un baterijas elektriskajiem automobiļiem.

Nelieli elektroģeneratori, ko darbina ar rokām un kājām, var nodrošināt enerģijas padevi nelielās elektroierīcēs. Arī pulksteņa radioaparāti, pulksteņa lukturīši un līdzīgas ierīces ir aprīkotas ar uztinamo atsperi mehāniskās enerģijas uzkrāšanai.