Ako ste u posljednje vrijeme pogledali u svom fioku, možda ste primijetili različite oblike, veličine i vrste baterija koje uključuju vaše elektroničke uređaje. Prvo, postoje okrugle, ne-punjive ćelije za vaše satove i male predmete. Tu su i popularne AA i AAA cilindrične baterije za kalkulatore, satove i daljine. Tada imate punjive litijum-jonske baterije u svojim laptopima i telefonima. I ne zaboravite na olovnu kiselinu bateriju u svom automobilu.
Prve baterije napravljene su 1800-ih, i bile su prilično jednostavne. Jedna od prvih demonstracija bila je niz metalnih diskova natopljenih u slanici, koji je italijanski naučnik Alessandro Volta pronašao stvorio električnu struju. Prva olovna akumulatorska baterija napravljena je od nekoliko komada olova u tegli sumporne kiseline. Moderne verzije nisu toliko različite. Oni su jednostavniji za proizvodnju i sadrže različite aditive za poboljšanje performansi.
U svim slučajevima baterije nastupa na isti način: naponska razlika između dva različita elektroda stvara električnu struju, koja se može isprazniti za napajanje uređaja. Punjive baterije mogu zatim preokrenuti ovu struju da napune sigurnosnu kopiju. Unutar baterije električna struja prati protok jona kroz tečnost, elektrolit.
Prolaz svakog elektrona u struji praćen je prevozom jednog iona kroz elektrolit. Elektrode koje mogu pohraniti više jona dovesti do baterija koje mogu držati više punjenja i zato duže trajati na jednom punjenju. Elektrode koje su dizajnirane za brže ion pohranjivanje vode do baterija koje se mogu brže isprazniti za aplikacije velike snage. I na kraju, što mogu puniti i otpustiti više puta bez ponižavanja dovode do baterija s dugim životnim vijekom.
Olovne kiseline baterije
Olovna kiselina bila je prva punjiva baterija izmišljena 1859. godine Gaston Plantre, koji je eksperimentirao sa olovnim pločama u kiselom rješenju i utvrdio da se protok i skladištenje električne struje mogu preokrenuti.
Olovna kiselina baterija mora biti dovoljno velika da pruži dovoljno naboja za pokretanje automobila. Također mora biti korisno u hladnim klimama i trajati mnogo godina. Budući da je elektrolit korozivna kiselina, vanjsko kućište mora biti teško za zaštitu ljudi i dijelova automobila iz bilo koje moguće štete. Znajući sve to ima smisla da su moderne olovne kiseline baterije blokirane i teške.
Alkalne baterije
S druge strane, uređaji za domaćinstvo poput kalkulatora i digitalnih vaga mogu sebi priuštiti da koriste manje baterije jer im ne zahtijevaju puno naplate. To su prvenstveno ne-punjive alkalne baterije koje su korištene decenijama. Standardizirane veličine ćelija su AAAA, AAA, AA, C i D, kao i gumb i ćelije kovanice i mnogi drugi. Veličine su povezane s koliko punjenja štete - veća je baterija, što više drži - i veličine uređaja koje uključuju.
Ponekad možete pronaći alkalne baterije koje se prodaju u pravokutnim oblicima, poput uobičajenih 9- voltne baterije, ali otvorite vanjsko kućište i ustanovite da su jednostavno nekoliko cilindričnih ćelija povezanih unutra. Cilindrične baterije su toliko dugo i koristile su se tako široko da to jednostavno nema smisla da kompanije proizvode ništa drugačije - bilo bi zahtijevalo investiciju da promijeni svoje proizvodne pogone, nešto što bi radije radije.
Litijum-jonske baterije
Nickel-Cadmium baterije bile su prve široko korištene punjive baterije za kućnu elektroniku i bile su popularne do kraja 20. vijeka. Ali imali su zamke. Kadmij je vrlo toksičan, a baterije patele od "efekta memorije", što je smanjeno svoj životni vijek.
Dugi decenijama litijum je proučavao za potencijalnu upotrebu u punjivim baterijama zbog svojih jedinstvenih svojstava kao lagana metala koja pohranjuje puno energije. Sony je prvo komercijalizirao litijum-jonsku bateriju 1991. godine.
Kompanija je napravila cilindrične ćelije jer su to bilo najlakše za proizvodnju. Devedesetih godina, Sony je zarađivao puno kamkordera i kaseta, pa je imao puno opreme za proizvodnju roll-do-roll. Bilo je prirodno da se ova oprema za izradu valjanih elektroda, koje su izrađene lijevanjem filmova na listovima bakra ili aluminija, a zatim ih valjaju u cilindar "Jelly Roll".
Debelo kućište ovih cilindričnih ćelija je mehanički jake i da dodate još jedan sloj sigurnosti, imaju ventil za reljefnu tlaku. Vrlo brzo, ove rane litijum-jonske ćelije preuzele su prijenosni tržište elektronike, posebno za prijenosna računala i mobilne telefone, jer su pohranjeni više energije i trajale duže od niklova-kadmijumske baterije.
Faktori koji oblikuju baterije
Baterije se izrađuju u određenim veličinama i oblicima iz razloga troškova i proizvođača, ali u drugim slučajevima zbog zaostavštine proizvodnih procesa. Tržišna potražnja također igra ulogu.
Na primjer, električna vozila nisu skinula dok Tesla ne krene automobilima koristeći cilindrične litijum-jonske ćelije baterije, a ne u pravokutnu torbicu ili prizmatične ćelije koje su koristili drugi EV proizvođači. Torbice i prizmatične ćelije mogu se usko prepuniti blisko, ali zato što su cilindrične ćelije već proizvedene za prijenosne elektronike, Tesla je uspio napraviti niže troškove EVS-a u 2010. godini.
Ono što će oblici i veličina uzeti u budućnosti ovisi ne samo o tome koliko energije spremaju, ali i na tržišnoj ekonomiji - koliko je jednostavno napraviti svaku vrstu ćelije, koliko ih koštaju i ono što se koriste. A ti su faktori kombinacija inovacija i istorije.