Kako deluje baterija?

Vsak dan se uporabljajo baterije. Ali za enkratno uporabo, katere zavržemo ko se enkrat izpraznijo, ali pa takšne, ko jih lahko ponovno napolnimo po uporabi. Ampak veste kako delujejo? Večkrat se nam zgodi, da baterija odpove, ker je iztrošena. Takrat bi najrajši jo vrgli na konec sobe, vendar preden naredite to, se zamislite, kako baterija sploh deluje.

Baterija je eno izmed tehnoloških čudes, katero dan danes jemljemo kar za samoumevno. Tako omogočajo našim pametnim telefonom in ostali tehnološki navlaki, da sploh deluje, brez da bi morali za sabo vleči kilometrski kabel priključen na elektriko v vsakem trenutku.

Vendar, tudi najboljše baterije, se bodo čez čas iztrošile oziroma izrabile, počasi izgubljale kapaciteto, dokler ne bodo prišle do točke, ko ne bodo več uporabne.

Torej, zakaj se to sploh zgodi? Kako so baterije sploh zmožne zadržati toliko energije v sebi?

Vse se je začelo v letu 1780, z dvema italijanskima znanstvenikoma. Z Galvaniom, po kateremu danes imenujemo baterijo bolj strokovno – galvanski člen in Volta, po katerem danes imenujemo standardno enoto za napetost – volt, ter z žabo.

Legenda pravi, da medtem ko je Galvani raziskoval nogo žabe, je z svojim železnim orodjem podrgnil po eni izmed žabjih krakov. Ta je zaradi tega trznil. Galvani je temu rekel “živalska elektrika”. Verjel je, da je energija shranjena v samih živih bitjih.

Ampak Volta se s tem ni strinjal, saj je verjel, da je samo zaradi kovine prišlo do reakcije. Debata se je končno polegla, ko je Volta predstavil svoj preizkus. Svojo idejo je preizkusil tako, da je zložil kovine v stolp, pri katerih je izmenjaval cink in baker, vmes pa je postavil papir, namočen v slano vodo.

Kaj se je zgodilo v Voltovi celici, je danes nekaj, kar kemiki pravijo oksidacija in redukcija. Cink oksidira, kar pomeni, da izgubi elektrone, kateri potujejo na drugo stran celice, kjer jih sprejme elektrolit na drugi strani, s pomočjo bakra, kamor tudi elektroni potujejo. Vmes bi lahko priklopili žarnico in le-ta bi zaradi toka elektronov zasvetila. Volta je sicer mislil, da se reakcija dogaja v bakru in ne v elektrolitu.

Vse od 17. stoletja dalje, so znanstveniki izboljševali Voltov izum, kjer so slano vodo kot elektrolit, zamenjali z t.i. “suhimi celicami”, kjer je to vlogo prevzel elektrolit v obliki paste. Vendar princip ostaja enak. Kovina oksidira, nato pošlje elektrone na drugo stran baterije, kjer vmes opravijo delo, nato pa se shranijo s pomočjo elektroilta. To imenujemo električni potencial, kar daje energijo vsem našim baterijsko požrešnim napravam.

Vendar vsaka baterija ima določeno količino kovine in ko ta popolnoma oksidira, baterija “umre”, oziroma se izprazni. Tako polnilne baterije predstavljajo začasno rešitev, saj ves proces obrnejo. Tako elektroni potujejo nazaj, od koder so prišli, s pomočjo električnega toka, kjer se elektroni pomaknejo iz elektrolita nazaj v kovino baterije. Tako v bistvu električna energija sploh ne polni baterije, ampak samo pomaga, da elektroni “stečejo” nazaj, od koder so prišli. Elektrika samo pomaga, oziroma da elektronom potrebno energijo, da se začnejo premikati v obratni smeri.

Vendar tudi polnilne baterije ne zdržijo večno. Skozi čas, to povzroči trajno deformacijo baterije, tako da elektroni ne morejo več potovati v obratni smeri, kar povzroči tudi poškodbe na celici, kar onemogoča normalno polnjenje. To pa na koncu uporabnik občuti, da se baterija vedno hitreje prazni, dokler ne postane kompletno neuporabna.

Tako cenene baterije “umrejo” le po več stotih polnjenjih, medtem ko boljše zdržijo tudi do več tisočkrat. Vendar se tukaj zadeva še ne konča, saj znanstveniki vedno iščejo nove rešitve, ki bi omogočale, da je možno baterijo brez posledic polniti tudi do več deset tisočkrat, brez da bi pri tem izgubila svojo začetno kapaciteto. Ker naj bi bile tudi izredno tanke in zato uporabne v večini naprav, bi zelo verjetno delovale na principu kvantne fizike.

Dokler znanstveniki ne odkrijejo načina, kako bi se baterije same polnile, kot je to možno pri generatorjih, kot so na primer v avtomobilu, kjer se mehanska energija koles pretvori v električno, ali da bi priklopili solarne celice direktno na svojo napravo, bo edina opcija, da baterije “polnimo” na standarden način, tako, da jo priklopimo v elektriko. To je pa vsekakor boljša opcija, kot pa da se uporablja prenosne baterije oziroma power bank za redno polnjenje, saj bo tudi ta baterija enkrat “umrla”.