Niedziela, 18 lutego – Dzień Baterii
Dzień Baterii
Nie wiadomo, kto był inicjatorem święta baterii i gdzie po raz pierwszy się odbyło, ale uważa się, że jego data nie jest przypadkowa. 18 lutego 1745 roku bowiem urodził się sam pan Volta, którego badania nad napięciem elektrycznym przyczyniły się do skoku cywilizacyjnego kolejnych pokoleń.
Akumulatory i baterie stały się nieodłącznym elementem życia człowieka. Prawie każdy z nas posiada telefon komórkowy lub inne urządzenie przenośne czerpiące energię elektryczną z akumulatora lub baterii.
Bateria elektryczna jest to ogniwo elektryczne, które służy do zasilania przenośnych sprzętów wymagających do pracy energii elektrycznej. Każda bateria ma swoją żywotność i po tzw. wyczerpaniu nie nadaje się do dalszej eksploatacji. Alternatywą dla jednorazowych baterii są akumulatory, które można ładować i rozładowywać wielokrotnie. Dzieje się tak dzięki zdolności akumulatorów do gromadzenia i uwalniania energii elektrycznej poprzez odwracalne reakcje chemiczne zachodzące w elektrolicie. Akumulator może pracować w dwóch cyklach: ładowanie (kiedy jest podłączony do ładowarki) oraz praca (gdy znajduje się w urządzeniu które zasila). Akumulatory nie są jednak wieczne, ich żywotność wynosi zwykle od kilkuset do kilku tysięcy cykli ładowania po których stają się bezużyteczne.
Rodzaje baterii elektrycznych
Baterie są elektrochemicznymi źródłami zasilania. W wyniku zachodzących w nich reakcji chemicznych powstaje energia elektryczna. Każda bateria składa się z jednego lub więcej ogniw. Dzięki temu otrzymuje się potrzebne napięcie zasilania.
Ogniwa dzielą się na pierwotne (nieładowalne) i wtórne (ładowalne). W ogniwach pierwotnych mamy do czynienia z nieodwracalną reakcją chemiczną, w wyniku której jest wytwarzana energia elektryczna. Ogniwa pierwotne są stosowane w bateriach.
Baterie cynkowo-węglowe
Znamionowe napięcie ogniw cynkowo-węglowych (grafitowych) wynosi 1,5V. Katoda ogniwa takiej baterii jest wykonana w postaci pręta węglowego otoczonego dwutlenkiem manganu, zaś anoda z cynku. Elektrolitem jest wodny roztwór chlorku amonu lub chlorku cynku. Technologia ich wytwarzania jest oparta na zasadzie działania ogniwa Leclanchego. Jest to najstarszy rodzaj baterii wprowadzonych do powszechnej sprzedaży. Zastosowanie znajdują w urządzeniach o niewielkim poborze prądu (do 100mA), takich jak latarki, zabawki, kalkulatory, zegary, piloty, gry elektroniczne, radia, budziki oraz golarki, elektryczne szczoteczki do zębów i różnego rodzaju sprzęt pomiarowy. Charakteryzują się niskim kosztem produkcji i niską ceną. Jednakże mają najmniejszą gęstość energii i charakteryzują się słabą wydajnością w urządzeniach wymagających natężeń prądu powyżej 100mA. Teoretyczna gęstość energii wynosi 40-70Wh/kg. Zakres temperatur pracy to -10°C…+50°C. Czas przechowywania baterii cynkowo-węglowych jest stosunkowo krótki i wynosi około 2 lat. Wadą jest również możliwość wylania elektrolitu po dużym rozładowaniu baterii.
Baterie alkaliczne
Znamionowe napięcie ogniw alkalicznych wynosi 1,5V. Katoda ogniwa takiej baterii jest wykonana ze sproszkowanego dwutlenku manganu (MnO2), zaś anoda z tlenku cynku. Zasadowym elektrolitem jest wodny roztwór wodorotlenku potasu (KOH). Baterie alkaliczne zostały wynalezione w 1959 roku przez amerykańskiego chemika Lewisa Urry’ego. Dobrze sprawdzają się w urządzeniach o średnim (100-300mA) – przenośne magnetofony, przenośne odtwarzacze CD, latarki, aparaty fotograficzne i dużym (rzędu 0,5C) poborze prądu – elektroniczne notesy, telefony bezprzewodowe, golarki, gry elektroniczne. Baterie alkaliczne są coraz częściej stosowane ze względu na większą pojemność, dłuższą żywotność i szerszy zakres temperatur pracy (-30°C…+70°C, niż mają baterie cynkowo-węglowe. Teoretyczna gęstość energii wynosi 80-100Wh/kg. Czas przechowywania baterii alkalicznych wynosi około 5-7 lat. Wylania elektrolitu (po całkowitym rozładowaniu) zdarzają się zdecydowanie rzadziej, niż w przypadku baterii cynkowo-węglowych. Jednak kosztują od nich zdecydowanie więcej.
Baterie srebrowe
Znamionowe napięcie ogniw srebrowych wynosi 1,55V. Katoda ogniwa takiej baterii jest wykonana z tlenku srebra, zaś anoda z cynku. Zasadowym elektrolitem jest roztwór wodorotlenku potasu. Baterie srebrowe zostały wynalezione już pod koniec XIX wieku, lecz ich produkcję masową rozpoczęto dopiero w latach 60 ubiegłego wieku. W stosunku do tych baterii często używa się nazwy baterie tlenkowo-srebrowe lub srebrowo-cynkowe. Baterie srebrowe mają stabilne napięcie wyjściowe (płaska charakterystyka rozładowania), które po rozładowaniu szybko spada. Teoretyczna gęstość energii wynosi 130Wh/kg. Baterie srebrowe mają najwyższy stosunek pojemności do masy spośród ogniw galwanicznych. Baterie srebrowe są przeznaczone do stosowania wszędzie tam, gdzie wymagana jest stałość napięcia, Znajdują zatem zastosowanie w urządzeniach czułych na zmiany napięcia zasilania. Są przede wszystkim kamery, kalkulatory, termometry, zegarki i różnego rodzaju gry. Teoretyczna gęstość energii wynosi 130-150Wh/kg. W trakcie przechowywania cynk podlega korozji w zasadowym elektrolicie. Proces ten powoduje degradację baterii. Z reguły baterie po 5 latach zaczynają przeciekać i stają się niebezpieczne dla środowiska. Praktyczny czas przechowywania baterii zdatnej do użytkowania wynosi ponad 2 lata.
Baterie rtęciowe
Znamionowe napięcie ogniw rtęciowych wynosi 1,35V i jest w względnie stabilne. Jednak po rozładowaniu szybko spada. Katoda ogniwa jest wykonana z rtęci, anoda zaś z cynku. Elektrolitem jest wodny roztwór wodorotlenku potasu. Zastosowanie znajdują w m.in. kamerach, kalkulatorach, zegarkach i notesach elektronicznych. Teoretyczna gęstość energii wynosi 80-120Wh/kg. Ze względu na zawartość rtęci obecnie niespotykane na rynku.
Baterie litowo-manganowe
Znamionowe napięcie ogniw litowo-manganowych (LiMnO2) wynosi 3,0V. Anoda baterii litowo-manganowej jest wykonana z litu, katodą jest zaś sproszkowany dwutlenek manganu. W tych ogniwach stosuje się elektrolit organiczny. Energia elektryczna jest wytwarzana podczas reakcji utleniania litu. Podczas reakcji chemicznej nie są wytwarzane żadne gazy, dzięki czemu nie ma zjawiska wzrostu ciśnienia wewnątrz ogniwa. Ponadto baterie litowe manganowe są odporne na duże wahania temperatury. Charakteryzują się bardzo dużą gęstością energii osiągającą wartość 270Wh/kg. Dzięki temu wśród szeregu baterii rozmiaru AA (R6) baterie litowe mają blisko trzykrotnie więcej energii, niż baterie takie same alkaliczne. Zastosowanie ich powoduje zmniejszenie wagi i/lub zwiększenie pojemności zasilaczy do urządzeń przenośnych. Baterie litowe są powszechnie stosowane do podtrzymywania pamięci w zegarach, kamerach, aparatach fotograficznych, kalkulatorach, komputerach, w miernictwie i akwizycji danych, w systemach transmisyjnych i w wielu innych urządzeniach wymagających niezawodności. Baterie litowo-manganowe mogą pracować w zakresie temperatur -40°C…+65°C. Charakteryzują się one niskim współczynnikiem samorozładowania, dzięki czemu czas ich przechowywania sięga nawet 10 lat.
Baterie cynkowo-powietrzne
Znamionowe napięcie ogniw litowych wynosi 1,4V. Katodę takiej baterii stanowi tlen (O2), anodę sproszkowany cynk. Elektrolitem jest wodorotlenek potasu (KOH). W bateriach jest wykorzystywana katalityczna reakcja utleniania cynku, przy czym tlen jest pobierany z powietrza. Baterie takie charakteryzują się bardzo dużą gęstością energii na jednostkę masy. Teoretyczna gęstość energii wynosi 180-250Wh/kg. Dzieje się tak dzięki wyeliminowaniu tradycyjnej katody – jej miejsce może zająć sproszkowany cynk stanowiący anodę. Chociaż baterie cynkowo-powietrzne zostały wynalezione już w XIX wieku, to nie znalazły zastosowania aż do lat 30 ubiegłego wieku. Produkcja cienkich i wydajnych baterii cynkowo-powietrznych rozpoczęła się dopiero w latach siedemdziesiątych XX wieku. Bardzo ważną zaletą jest długi czas przechowywania tych baterii; w opakowaniu fabrycznym nawet 4 lata. Czas pracy baterii cynkowo-powietrznej wynosi 3-4 miesiące. Zastosowanie znajdują w aparatach słuchowych i urządzeniach telemetrycznych.
Zużytych baterii i akumulatorów nie powinno wyrzucać się do zwyczajnych pojemników na śmieci gdyż stanowią one zagrożenie dla środowiska poprzez wydzielanie szkodliwych substancji m.in. metali ciężkich takich jak rtęć, kadm, nikiel czy ołów. Zużyte baterie mają także inne zastosowanie, można z nich uzyskać wiele surowców wtórnych, które będą nadawać się do ponownego wykorzystania.
Zużyte baterie należy przekazać do utylizacji. Zgodnie z dyrektywą unijną obowiązek przyjmowania zużytych ogniw elektrycznych mają sprzedawcy detaliczni posiadający w swojej ofercie baterie i akumulatory. Ponadto zużyte baterie można wyrzucić do specjalnych pojemników ulokowanych w placówkach edukacyjnych, handlowych i siedzibach wybranych organizacji pozarządowych.
Źródło: http://www.aval.com.pl; https://lupo-baterie.pl;