batérie, čo je vlastne elektrický článok, je zariadenie, ktoré vyrába elektrickú energiu z chemickej reakcie. Presne povedané, batéria pozostáva z dvoch alebo viacerých článkov zapojených do série alebo paralelne, ale tento výraz sa všeobecne používa pre jeden článok. Bunka pozostáva zo zápornej elektródy; elektrolyt, ktorý vedie ióny; separátor, tiež iónový vodič; a kladnú elektródu. elektrolyt môže byť vodná (zložená z vody) alebo nevodná (nie zložená z vody), v tekutej, pastovitej alebo tuhej forme. Keď je článok pripojený k externej záťaži alebo zariadeniu, ktoré má byť napájané, záporná elektróda dodáva prúd elektrónov, ktoré pretekajú záťažou a sú akceptované kladnou elektródou. Po odstránení vonkajšieho zaťaženia reakcia prestane.
Primárna batéria je batéria, ktorá dokáže premieňať svoje chemikálie na elektrinu iba raz a potom sa musí zlikvidovať. Sekundárna batéria má elektródy, ktoré sa dajú rekonštituovať tým, že sa cez ňu prenesie elektrina; nazýva sa aj úložná alebo nabíjateľná batéria, ktorú možno opakovane použiť.
Táto batéria používa oxid niklu vo svojej kladnej elektróde (katóde), zlúčeninu kadmia v zápornej elektróde (anóda) a roztok hydroxidu draselného ako svoj elektrolyt. Nikel kadmiová batéria je nabíjateľná, takže sa môže opakovane striedať. Nikel-kadmiová batéria premieňa chemickú energiu na elektrickú energiu pri vybití a pri nabíjaní prevádza elektrickú energiu späť na chemickú energiu. V úplne vybitom NiCd batérii obsahuje katóda v anóde hydroxid nikelnatý [Ni (OH) 2] a hydroxid kadmia [Cd (OH) 2]. Keď je batéria nabitá, zmení sa chemické zloženie katódy a hydroxid nikelnatý sa zmení na oxyhydroxid niklu [NiOOH]. V anóde sa hydroxid kadmia transformuje na kadmium. Keď je batéria vybitá, proces sa obráti, ako ukazuje nasledujúci vzorec.
Nikel-vodíková batéria sa môže považovať za hybrid medzi nikel-kadmiovou batériou a palivovým článkom. Elektróda kadmia bola nahradená vodíkovou plynovou elektródou. Táto batéria sa vizuálne veľmi líši od nikel-kadmiovej batérie, pretože bunka je tlaková nádoba, ktorá musí obsahovať viac ako tisíc libier na štvorcový palec (psi) plynného vodíka. Je podstatne ľahší ako nikel-kadmium, ale obtiažnejšie ho baliť, podobne ako prepravka vajec.
Nikel-vodíkové batérie sú niekedy zamieňané s niklovo-kovovými hydridovými batériami, ktoré sa bežne vyskytujú v mobilných telefónoch a prenosných počítačoch. Nikel-vodík, ako aj nikel-kadmiové batérie používajú rovnaký elektrolyt, roztok hydroxidu draselného, ktorý sa bežne nazýva lúh.
Stimuly na vývoj nikel / metal hydridových (Ni-MH) batérií vychádzajú z naliehavých zdravotných a environmentálnych problémov pri hľadaní náhrad za akumulátory nikel / kadmium. Kvôli bezpečnostným požiadavkám pracovníka sa spracovanie kadmia na batérie v USA už postupne vyraďuje. Okrem toho právne predpisy v oblasti životného prostredia pre 90. a 21. storočie s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobia, že bude nevyhnutné obmedziť používanie kadmia v batériách na spotrebiteľské použitie. Napriek týmto tlakom má niklovo-kadmiová batéria popri olovenej kyseline stále najväčší podiel na trhu s nabíjateľnými batériami. Ďalšie stimuly na výskum vodíkových batérií vychádzajú zo všeobecného presvedčenia, že vodík a elektrina vytlačia a prípadne nahradia a významný podiel energeticky významných príspevkov z fosílnych palív sa stal základom udržateľného energetického systému založeného na obnoviteľných zdrojoch energie zdroje. Napokon existuje značný záujem o vývoj batérií Ni-MH pre elektrické vozidlá a hybridné vozidlá.
Elektrolyt KOH môže transportovať iba OH- ióny a aby sa vyvážil transport náboja, elektróny musia cirkulovať cez vonkajšie zaťaženie. Elektróda nikel-oxy-hydroxid (rovnica 1) bola intenzívne skúmaná a charakterizovaná a jej aplikácia bola široko demonštrovaná pre pozemské aj vzdušné aplikácie. Väčšina súčasného výskumu v batériách typu Ni / Metal Hydride spočívala v zlepšení výkonu anódy s kovovým hydridom. Konkrétne si to vyžaduje vývoj hydridovej elektródy s nasledujúcimi charakteristikami: (1) dlhá životnosť cyklu, (2) vysoká kapacita, (3) vysoká rýchlosť nabíjania a vybíjania pri konštantnom napätí a (4) retencia kapacita.
Tieto systémy sa líšia od všetkých vyššie uvedených batérií tým, že v elektrolyte nie je použitá žiadna voda. Namiesto toho používajú nevodný elektrolyt, ktorý sa skladá z organických kvapalín a solí lítia na zabezpečenie iónovej vodivosti. Tento systém má oveľa vyššie napätie buniek ako vodné elektrolytové systémy. Bez vody sa eliminuje vývoj vodíkových a kyslíkových plynov a bunky môžu pracovať s oveľa širším potenciálom. Vyžadujú tiež zložitejšie zostavenie, pretože sa musí vykonať v takmer dokonale suchej atmosfére.
Najskôr sa vyvinulo množstvo nenabíjateľných batérií s lítiovým kovom ako anódou. Komerčné gombíkové články používané v dnešných hodinkových batériách sú väčšinou lítiové chémie. Tieto systémy používajú rôzne katódové systémy, ktoré sú dostatočne bezpečné na použitie zákazníkom. Katódy sú vyrobené z rôznych materiálov, napríklad z monoflouridu uhlíka, oxidu medi alebo oxidu vanadičného. Všetky systémy s pevnou katódou majú obmedzenú rýchlosť vybíjania, ktorú budú podporovať.
Na dosiahnutie vyššej rýchlosti výboja boli vyvinuté kvapalinové katódové systémy. Elektrolyt je v týchto konštrukciách reaktívny a reaguje na pórovú katódu, ktorá poskytuje katalytické miesta a zhromažďovanie elektrického prúdu. Niekoľko príkladov týchto systémov zahrnuje lítium-tionylchlorid a oxid lítno-siričitý. Tieto batérie sa používajú vo vesmíre a na vojenské účely, ako aj na núdzové majáky na zemi. Všeobecne nie sú dostupné verejnosti, pretože sú menej bezpečné ako pevné katódové systémy.
Verí sa, že ďalším krokom v technológii lítium-iónových batérií je lítium-polymérová batéria. Táto batéria nahrádza tekutý elektrolyt buď gélovým elektrolytom, alebo skutočným tuhým elektrolytom. Tieto batérie by mali byť ešte ľahšie ako lítium-iónové batérie, ale v súčasnosti sa neplánuje letieť s touto technológiou vo vesmíre. Nie je tiež bežne dostupná na komerčnom trhu, hoci môže byť hneď za rohom.
Pri spätnom pohľade sme od netesných prešli dlhou cestou svietidlo batérie šesťdesiatych rokov, keď sa zrodil vesmírny let. K dispozícii je široká škála riešení na splnenie mnohých požiadaviek vesmírneho letu, 80 pod nulou k vysokým teplotám slnečného letu. Je možné zvládnuť masívne žiarenie, desaťročia prevádzky a zaťaženie dosahujúce desiatky kilowattov. Táto technológia sa bude neustále vyvíjať a bude sa neustále usilovať o vylepšenie batérií.