Elementul galvanic
Bateria, element galvanic, este un dispozitiv ce transforma energia chimica in electricitate. Strict vorbind, o baterie este formata din doua sau mai multe celule conectate in serie sau in paralel, dar termenul este de asemenea folosit pentru celule singulare. Toate celulele sunt alcatuite dintr-un lichid, pasta, sau electrolit solid si doi electrozi, unul pozitiv si celalalt negativ. Electrolitul este un conductor ionic; unul din electrozi va reactiona, eliberand electroni, pe cand celalalt va accepta electroni.
Bateriile in care chimicalele nu pot fi aduse la starea lor initiala o data ce energia a fost transformata (bateriile care s-au descarcat) sunt numite celule primare sau celule voltaice. Bateriile in care componentii chimici pot fi readusi la starea lor initiala, trecand un curent electric prin ele in sensul opus celui al reactiei normale, sunt numite celule secundare, reincarcabile, de acumulare, sau acumulatori.
Cea mai intalnita forma a unei celule primare este celula Leclanche, inventata de catre chimistul francez Georges Leclanche in anul 1860. Este denumita popular celula uscata. Celula Leclanche care este folosita in zilele noastre este similara cu inventia originala. Electrolitul este compus dintr-o mixtura de clorura de amoniu si clorura de zinc, transformata intr-o pasta. Electrodul negativ este compus din zinc iar electrodul pozitiv este, de fapt, o bagheta de carbon, cuprinsa intr-o mixtura de carbon si dioxid de mangan. Celula Leclanche produce aproximativ 1.5 V.
O alta frecvent utilizata celula primara este celula de oxid de mercur si zinc, mai bine cunoscuta sub denumirea de baterie de mercur. Poate fi construita sub forma unui disc compact si este folosita sub aceasta forma in celule fotoelectrice si ceasuri electronice. Electrodul negativ este alcatuit din zinc, electrodul pozitiv fiind alcatuit dintr-un oxid de mercur iar electrolitul fiind o solutie de hidroxid de potasiu. Bateria de mercur are o putere de aproximativ 1.34 V.
Acumulatorul, sau celula secundara, ce poate fi reincarcata inversand reactia chimica, a fost inventata in 1859 de catre fizicianul francez Gaston Plante. Celula lui Plante era o baterie plumb-acid, tip folosit larg astazi. Bateria plumb-acid, care este alcatuita din trei sau sase celule conectate in serie, e folosita la automobile, avioane si alte vehicule. Marele avantaj al sau este ca poate furniza un curent puternic pentru a porni un motor; totusi, se consuma repede. Electrolitul este o solutie diluata de acid sulfuric, electrodul negativ fiind alcatuit din plumb si cel pozitiv din dioxid de plumb. In folosinta, electrodul negativ de plumb se separa in electroni si ioni pozitivi de plumb. Electronii trec prin circuitul electric extern iar ionii pozitivi de plumb se combina cu ionii de sulfat din electrolit pentru a forma sulfatul de plumb. Cand electronii reintra in celula la electrodul pozitiv de dioxid de plumb, o alta reactie chimica are loc. Dioxidul de plumb se combina cu ionii de hidrogen din electrolit pentru a forma apa, eliberand ionii de plumb in electrolit pentru a forma, din nou, sulfat de plumb.
Un acumulator plumb-acid se consuma cand acidul sulfuric e transformat in apa iar electrozii sunt transformati in sulfat de plumb. Cand bateria se reincarca, reactiile chimice descrise anterior sunt inversate pana cand chimicalele au ajuns la starea lor originala. O baterie plumb-acid are o viata de aproximativ patru ani. Produce aproximativ 2V pe celula. Recent, bateriile cu plumb cu o viata de la 50 pana la 70 de ani au fost construite pentru aplicatii speciale.
O alta des folosita baterie secundara este celula alcalina, sau bateria nichel-fier, construita de inventatorul american Thomas Edison in anii 1900. Principiul functionarii este acelasi cu cel al celulei plumb-acid exceptand ca electrodul negativ e alcatuit din fier, cel pozitiv din oxid de nichel, iar electrolitul fiind o solutie de hidroxid de potasiu. Celula nichel-fier are dezavantajul ca elimina hidrogen gaz la reincarcare. Acest tip de baterie este folosit in principal in aplicatiile industriei grele. Bateria Edison are o viata de aproximativ 10 ani si produce in jur de 1.15 V.
O alta celula alcalina, similara cu bateria lui Edison, este celula nichel-cadmiu, in care electrolitul de fier este inlocuit de unul continand cadmiu. Produce, de asemenea, aproximativ 1.15 V, si viata sa de folosinta atinge aproximativ 25 de ani.
Un numar mare de noi tipuri de baterii au fost produse pentru folosinta in vehicule electrice. Versiuni imbunatatite ale acumulatorilor au fost produse pentru masini electrice, dar inca sufera de dezavantajul ori al puterii scazute, al pretului mare, al marimii, sau al problemelor cu mediul inconjurator. Bateriile avansate care sunt promitatoare pentru folosinta in vehicule electrice includ sulfat de litiu-fier, clorura de zinc, hidroxid de nichel si sulfura de sodiu. U.S. Advanced Battery Consortium (USABC), un consortiu care include Departamentul de Energie al Statelor Unite a fost infiintat in 1991 pentru a mari viteza de producere a bateriilor avansate de acumulare.
Bateriile solare
Bateriile solare produc electricitate printr-un proces de conversie fotoelectrica. Sursa energiei este o substanta semiconductoare fotosensibila precum un cristal de silicon caruia i s-au adaugat impuritati. Cand cristalul este atins de lumina, electronii sunt captati de pe suprafata cristalului si migreaza catre suprafata opusa. Acolo sunt colectati ca un curent de electricitate. Bateriile solare au o viata foarte lunga si sunt folosite in special in satelitii artificiali ca o sursa de electricitate pentru a opera echipamentul de la bord.
