Dwa typy baterii, które najlepiej znasz, być może nawet o tym nie wiedząc, to akumulator kwasowo-ołowiowy i akumulator litowo-jonowy. Większość samochodów w Ameryce ma na pokładzie akumulator kwasowo-ołowiowy, podczas gdy praktycznie każdy Blackberry i laptop czerpie energię z akumulatora litowo-jonowego. Jeden rodzaj baterii jest dobry dla twojego samochodu, a drugi dla twojego telefonu komórkowego pochodzi z chemikaliów stosowanych w każdym typie baterii.
Podstawy baterii
Bateria jest urządzeniem elektrochemicznym, co oznacza, że wytwarza energię elektryczną poprzez kontrolowane reakcje chemiczne między różnymi substancjami. Większość akumulatorów, w tym akumulatory litowo-jonowe i kwasowo-ołowiowe, zawiera anodę, katodę, a substancja między nimi służy jako elektrolit. Anoda jest zwykle biegunem dodatnim, do którego płynie prąd elektryczny, gdy bateria jest w użyciu. Katoda jest zwykle zaciskiem ujemnym, a podczas użytkowania wypływa z niej prąd elektryczny. Chemia między nimi jest tym, co dostarcza prąd elektryczny wraz z jego ładunkiem, ale wymagają one trzeciej substancji w postaci elektrolitu, która służy jako medium. Jeśli anoda i katoda zetkną się, wynikiem będzie zwarcie.
Elektrochemia kwasu ołowiowego
Anoda i katoda w typowym akumulatorze kwasowo-ołowiowym są wykonane z ołowiu i dwutlenku ołowiu i są zmostkowane przez elektrolit z roztworu, który w około jednej trzeciej stanowi kwas siarkowy. Gdy bateria rozładowuje energię elektryczną, reakcja chemiczna stopniowo przekształca dwie elektrody w siarczan ołowiu. Doładowanie baterii częściowo odwraca tę konwersję.
Elektrochemia litowo-jonowa
Baterie litowo-jonowe wykorzystują różne substancje, a wspólnym elementem jest migracja litu między elektrodami podczas reakcji wytwarzającej energię elektryczną. Grafit jest zwykle używany do wytwarzania anody, podczas gdy katody mogą być wykonane z tlenku litowo-kobaltowego, fosforanu litowo-żelazowego lub tlenku litowo-manganowego oraz innych substancji na bazie litu. Elektrolit jest zazwyczaj roztworem soli litu w rozpuszczalniku organicznym. Ponowne ładowanie baterii litowo-jonowej odwraca migrację litu w chemii baterii.
Funkcje kwasu ołowiowego
Akumulatory kwasowo-ołowiowe to jedna z najstarszych praktycznych konstrukcji akumulatorów, której początki sięgają połowy XIX wieku. Mają jedną z dostępnych konstrukcji akumulatorów o najniższym stosunku energii do masy i energii do objętości, co czyni je bardzo dużymi i ciężkimi w stosunku do całkowitej ilości mocy, jaką mogą wyprowadzić. To, co mają do nich, to to, że mają bardzo wysoki stosunek udaru do masy, co oznacza, że mogą dostarczyć jednocześnie duży wstrząs energii elektrycznej. Dzięki temu idealnie nadają się do zastosowań wymagających dużego, nagłego wzrostu mocy, takich jak rozruszniki samochodowe. Baterie kwasowo-ołowiowe są również tanie w produkcji. Jednak nie sprawdzają się zbyt dobrze w rolach, które wymagają stałego, niskiego lub średniego zaopatrzenia w energię elektryczną przez długi czas. Mają też długi czas ładowania.
Funkcje litowo-jonowe
Szczególnie w porównaniu z akumulatorem kwasowo-ołowiowym, konstrukcje litowo-jonowe mają wysoki stosunek mocy do masy i mocy do objętości. Trudno wyobrazić sobie bez nich nowoczesne laptopy, telefony komórkowe i inne energochłonne urządzenia elektroniczne baterie, ponieważ sprostanie tym wymaganiom mocy przy innych konstrukcjach baterii oznaczałoby bardziej niezgrabne baterie z krótszymi życie. Istnieją nawet akumulatory litowo-jonowe o dużej zdolności udarowej, takie jak akumulatory kwasowo-ołowiowe. Mają jednak dwie duże wady. Po pierwsze, są bardzo drogie w wykonaniu. Po drugie, ich zdolność do utrzymywania ładunku zanika, nawet gdy bateria nie jest używana. Akumulator kwasowo-ołowiowy może pracować z dobrą pojemnością przez kilka lat. Każdy, kto trzymał tę samą baterię telefonu komórkowego lub laptopa przez rok lub dwa, wie, że tego samego nie można powiedzieć o typowej baterii litowo-jonowej.