Batterien sind Systeme, die chemische Energie speichern und diese dann als elektrische Energie abgeben, wenn sie an einen Stromkreis angeschlossen werden. Batterien können aus vielen Materialien hergestellt werden, aber sie alle teilen drei Hauptkomponenten: eine Metallanode, eine Metallkathode und einen Elektrolyten dazwischen. Der Elektrolyt ist eine ionische Lösung, die den Ladungsfluss durch das System ermöglicht. Wenn eine Last, wie beispielsweise eine Glühbirne, angeschlossen ist, tritt eine Oxidations-Reduktions-Reaktion auf, die Elektronen von der Anode freisetzt, während die Kathode Elektronen aufnimmt (siehe Referenz 1).
Batterien können bemerkenswert einfach sein. Kartoffeln enthalten genug Phosphorsäure, um als Elektrolyt zu wirken, und Sie können daraus eine einfache Niederspannungsbatterie herstellen. Zu mach eine Kartoffelbatterie, benötigen Sie ein Stück Zink, z. B. einen verzinkten Nagel, und ein Stück Kupfer, z. B. einen Kupferdraht oder einen Penny. Stecken Sie beide Gegenstände in die Kartoffel und befestigen Sie sie an allem, was Sie mit Strom versorgen möchten, z. B. einer Uhr oder einem LED-Licht. Das Zink fungiert als Anode, das Kupfer fungiert als Kathode und Sie haben eine Batterie. Es funktioniert auch mit der Zitronensäure in einer Zitrone (siehe Referenzen 2 und 5).
Sie brauchen keine Produkte, um eine einfache Batterie herzustellen. Eine der ersten Batterien, erfunden von Alessandro Volta, ist die Voltaische Säule. Es ist ein Stapel abwechselnder Zink- und Kupferbleche, die durch in Salzwasser oder Essig getränktes Papier getrennt sind, wodurch eine Reihe dünner Batteriezellen entsteht. Das Anschließen von Drähten von der Ober- und Unterseite des Stapels an eine Last vervollständigt den Stromkreis. Die erzeugte Spannung ist begrenzt, da das Gewicht des Stapels schließlich den Elektrolyten zwischen den untersten Schichten herausdrücken kann (siehe Referenz 3 und 5).
Wenn Sie mehr Spannung benötigen, stellen Sie eine Daniell-Zelle her, die von John Fredric Daniell erfunden wurde. Eine Daniell-Zelle besteht aus einem Kupferstreifen in einer Kupfersulfatlösung und einem Zinkstreifen in einer Zinksulfatlösung. Eine Salzbrücke verbindet die beiden Elektrolytlösungen. Für höhere Spannungen können die Zellen in Reihe geschaltet werden. Wie bei anderen einfachen Batterien verliert das Zink Elektronen, während das Kupfer Elektronen aufnimmt (siehe Referenzen 4 und 5).
Kommerziell erhältliche Batterien verwenden eine Vielzahl von Metallen und Elektrolyten. Anoden können aus Zink, Aluminium, Lithium, Cadmium, Eisen, metallischem Blei, Lanthanoid oder Graphit bestehen. Kathoden können aus Mangandioxid, Quecksilberoxid, Nickeloxyhydroxid, Bleidioxid oder Lithiumoxid bestehen. Kaliumhydroxid ist der Elektrolyt, der in den meisten Batterietypen verwendet wird, aber einige Batterien verwenden Ammonium- oder Zinkchlorid, Thionylchlorid, Schwefelsäure oder lithiierte Metalloxide. Die genaue Kombination variiert je nach Batterietyp. Übliche alkalische Einwegbatterien verwenden beispielsweise eine Zinkanode, eine Mangandioxidkathode und Kaliumhydroxid als Elektrolyt (siehe Referenz 6).