Ak ste sa v poslednej dobe pozreli vo svojej zásuvke, možno ste si všimli rôzne tvary, veľkosti a typy batérií, ktoré poháňajú vaše elektronické zariadenia. Po prvé, pre vaše hodinky a malé predmety existujú okrúhle, nevyriešiteľné gombíkové bunky. K dispozícii sú tiež populárne valcové batérie AA a AAA pre kalkulačky, hodiny a diaľkové ovládače. Potom máte vo svojich notebookoch a telefónoch nabíjateľné lítium-iónové batérie. A nezabudnite na batériu olovo v aute.
Prvé batérie boli vyrobené v 18. storočí a boli celkom jednoduché. Jednou z prvých demonštrácií bola séria kovových diskov nasiaknutých v slanici, ktorú našiel taliansky vedec Alessandro Volta, vytvoril elektrický prúd. Prvá batéria olovo-kyselina bola vyrobená z niekoľkých kusov olova v nádobe kyseliny sírovej. Moderné verzie nie sú také odlišné. Jednoduchšie sa vyrábajú a obsahujú rôzne prísady na zlepšenie výkonu.
Vo všetkých prípadoch batérie vykonávajú rovnakým spôsobom: rozdiel napätia medzi dvoma odlišnými elektródami produkuje elektrický prúd, ktorý je možné prepustiť na napájanie zariadenia. Nabíjateľné batérie potom môžu tento prúd zvrátiť, aby sa nabíjal zálohovanie. Vo vnútri batérie je elektrický prúd sprevádzaný tokom iónov cez kvapalinu, elektrolyt.
Priechod každého elektrónu v prúde je sprevádzaný transportom jedného iónu cez elektrolyt. Elektródy, ktoré dokážu ukladať viac iónov, vedú k batériám, ktoré dokážu držať viac nabíjania, a preto trvajú dlhšie pri jednom nabití. Elektródy, ktoré sú skonštruované na rýchlejšie ukladanie iónov, vedú k batériám, ktoré sa môžu vybíjať rýchlejšie, pre vysoko výkonné aplikácie. Nakoniec, schopný nabíjať a vypúšťať mnohokrát bez toho, aby sa degradovali, vedie k batériám s dlhou životnosťou.
Olovené batérie
Valcová batéria bola prvou nabíjateľnou batériou, ktorú v roku 1859 vynašiel Gaston Plante, ktorý experimentoval s olovnými doskami v kyslom roztoku a zistil, že prietok a skladovanie elektrického prúdu je možné zvrátiť.
Valcová batéria musí byť dostatočne veľká na to, aby poskytla dostatok nabíjania na spustenie automobilu. Musí to byť tiež použiteľné v chladnom podnebí a trvať mnoho rokov. Pretože elektrolyt je korozívna kyselina, vonkajšie puzdro musí byť ťažké chrániť ľudí a časti automobilov pred akoukoľvek možnou škodou. Vedieť to všetko má zmysel, že moderné olovo-kyslé batérie sú blokované a ťažké.
Alkalické batérie
Na druhej strane si domáce zariadenia, ako sú kalkulačky a digitálne stupnice, si môžu dovoliť používať menšie batérie, pretože nevyžadujú veľa poplatkov. Jedná sa predovšetkým na nestály alkalický batérie, ktoré sa používajú už desaťročia. Štandardizované veľkosti buniek sú AAAA, AAA, AA, C a D, ako aj tlačidlá a mincové bunky a mnoho ďalších. Veľkosti súvisia s tým, koľko poplatku ukladajú - čím väčšia je batéria, tým viac drží - a veľkosti zariadení, ktoré napájajú.
Niekedy nájdete alkalické batérie predávané v obdĺžnikových tvaroch, ako sú bežné 9- voltové batérie, ale otvorte vonkajšie puzdro a zistíte, že sú to jednoducho niekoľko valcovitých buniek spojených vo vnútri. Valcovité batérie boli už tak dlho a používané tak široko, že spoločnosti jednoducho nedáva zmysel, aby vyrábali čokoľvek iné - vyžadovalo by to investíciu na zmenu svojich výrobných zariadení, čo by radšej neurobili.
Lítium-iónové batérie
Batérie nikel-kadmia boli prvé široko používané nabíjateľné batérie pre domácu elektroniku a boli populárne do konca 20. storočia. Mali však nástrahy. Kadmium je veľmi toxické a batérie trpeli „pamäťovým efektom“, ktorý znížil ich životnosť.
Po mnoho desaťročí sa lítium študovalo na potenciálne použitie v nabíjateľných batériách kvôli jeho jedinečným vlastnostiam ako ľahkého kovu, ktorý ukladá veľa energie. Spoločnosť Sony najskôr komercializovala lítium-iónovú batériu v roku 1991.
Spoločnosť vyrábala valcové bunky, pretože tieto boli najjednoduchšie na výrobu. V 90. rokoch 20. storočia spoločnosť Sony vyrábala veľa kamkordérov a pásky, a preto mala veľa vybavenia na výrobu roliek. Bolo prirodzené prehodnotiť toto zariadenie na výrobu roliek elektród batérie, ktoré sa vyrábajú odlievania filmov na listy medi alebo hliníka, a potom ich prevrátenie do „želé“ valca.
Hrubé puzdro týchto valcových buniek je mechanicky silné a aby sa pridal ďalšia vrstva bezpečnosti, majú ventil na zmiernenie tlaku. Tieto skoré lítium-iónové bunky veľmi rýchlo prevzali trh prenosnej elektroniky, najmä pre notebooky a mobilné telefóny, pretože ukladali viac energie a trvali dlhšie ako nabíjateľné batérie nikel-kadmia.
Faktory, ktoré formujú batérie
Batérie sa vyrábajú v určitých veľkostiach a tvaroch z dôvodov nákladov a výroby, ale v iných prípadoch z dôvodu starších výrobných procesov. Dopyt na trhu tiež hrá úlohu.
Napríklad elektrické vozidlá sa neodpálili, kým spoločnosť Tesla nezačala vyrábať autá pomocou valcových lítium-iónových batériových buniek, a nie obdĺžnikové vrecko alebo hranolové bunky, ktoré používali iní tvorcovia EV. Vrecko a prizmatické bunky sa môžu baleť úzko k sebe, ale pretože valcové bunky už boli vyrábané hromadne pre prenosnú elektroniku, spoločnosť Tesla bola schopná dosiahnuť lacnejšie EV v roku 2010.
Aké tvary a veľkosti batérií budú trvať v budúcnosti, závisí nielen od toho, koľko energie ukladajú, ale aj od trhovej ekonomiky - aké ľahké je vyrobiť každý typ bunky, koľko stojí ich vyrobiť a na čo sa používajú. A tieto faktory sú kombináciou inovácií a histórie.