Revija Joker - Skladišča naboja

ČLANKI
stranka » članki » vedež » Skladišča naboja

Malo kemije in malo fizike
Delovanje baterij ali z drugo besedo akumulatorjev sloni na pretvarjanju v njih shranjene kemične energije v električno. Zato veji znanosti, ki jih pokriva, pravimo elektrokemija. Njihovi osnovni gradniki, v katerih poteka kemična reakcija, so napetostni ali z drugo besedo galvanski členi oziroma celice. Imenujemo jih po italijanskem fiziku Luigiju Galvaniju. Sleherno sestav­lja eden ali več takšnih členov in prav njihov skupek je tisto, kar je dalo bateriji ime. Pojem namreč izvira iz vojaškega izrazoslovja, kjer pomeni gručo orožij, ponavadi topniških, ki družno užgejo po sovragu. Anekdota pravi, da je Benjamin Franklin sredi 18. stoletja skupino kondenzatorjev prvič poimenoval 'baterija', ker se mu je zdela analogija na kano­ne pravšnja. Danes izraz uporabljamo tudi za naprave z enim samim členom. 

Ko navadno valjasto baterijo razmontiraš, je znot­raj videti precej 'low tech'. Magija se skriva v fini sestavi elektrod. V primeru nikelj-metalhidridne na sliki so v obliki sendvič plasti, zvite v valj.

Posamezen člen sestavljata elektrodi iz različnih snovi, potopljeni v električno-prevodno raz­topino ali elektrolit. Po njem potujejo ioni, nabiti deli molekul. Izvor dogajanja so spontane reakcije, do katerih pride, ko elektrodi na suhih koncih povežemo z vodnikom in tako sklenemo tokokrog. Pojav je posledica dejstva, da snovi elektrone privlačijo z raz­lično jakostjo, zato jih pri dveh različnih kovinah ena krade drugi. Tako elektroni zaljubljeno oddirjajo po žici z ene elektrode na drugo, ki jo imajo raje, dočim gre promet ionov v raztopini s kemično reakcijo v obratno smer, da se polovici napetostno izravnavata. Dogajanje teče, dokler je dovolj kemičnih snovi za reakcijo, in ko jih zmanjka, se člen izprazni. Takrat ga moramo bodisi zamenjati bodisi napolniti, če ga lahko, kajti tega ne zmorejo vse vrste celic. Pri polnjenju je proces obrnjen: na elektrodi deluje zunanja električna napetost, ki sproži potovanje delcev v obratno smer na podoben način, kot to poč­ne­mo pri elektrolizi. Ker praznjenje vselej teče v eno smer in polnjenje v drugo, lahko baterije proizvajajo zgolj enosmerni električni tok, ne izmenič­nega, kakršen prihaja iz hišnih vtičnic!

Križe rosne dobe električnih avtekov malokaj ponazori tako kot menjava vozil v Formuli E. FIA je z dirkaško ligo električnih bolidov pričela jeseni leta 2014. Voznik ima na voljo dva dvestokilovatna dirkalnika, ki ga pre­važata le okrog petindvajset minut. Zato ju med postankom sredi tekme zamenja s panterjevim skokom.

Elektrodi torej ne moreta biti iz enake snovi, saj tedaj ne bi bilo razlike v privlaku elektronov. Prav ta razlika, ki je značilna za dvoje snovi, določa elekt­rič­­­no napetost člena. Zato imajo akumulatorji istega tipa enako, značilno napetost. Oziroma njen več­kratnik, če so celice vezane zaporedno. Doslej so za elektrode uporabili mnogo snovi, običajno kovinskih zlitin, kot so nikelj, cink, litij, kadmij, svinec ... Sestava elektrod in elektrolita določa osnovni tip baterije, ki ga uzreš na embalaži, na primer litij-ionske, nikelj-kadmijeve in druge. Razvidno je, da v različnih srečamo pisano bero elektrokemičnih procesov, ki imajo za posledico goro različnih vrst izdelkov. Vsak ima precej samosvoje značilnosti in tegobe, odvisne od uporabljenih snovi in načina zgradbe. 

Donedavna človek ni zbiral večjih zalog elektrike, ker se to zaradi stroškov baterij v primerjavi z gorivi ni izplačalo. Skrb za okolje in tehnološki napredek pa to spreminjata. Teslin powerwall je sodoben rezervoar elektrike, ki ga gospodinjstva izkoristijo za hrambo elektrike iz sončnih celic ali cenejše nočne tarife.

Skladišča naboja objavljeno: Joker 283
februar 2017