Primární články Baterie

Baterie

Z historie…

Všechno začalo v 18. století, kdy se objevitelé pokoušeli najít přenosný, použitelný zdroj energie. Těžkopádné elektrizační stroje ani leydenské lahve se jimi stát nemohly - jejich energetický obsah byl totiž nepatrný. Až boloňský profesor medicíny Luigi Galvani experimentoval s žabími nožkami na měděných drátcích a železném zábradlí. Stal se tak neuvědomělým objevitelem elektřiny po něm nazvané. Na počátku 19. století hrabě Alessandro Volta na základě Galvaniho "žabích" pokusů sestavil proslulý Voltův elektrochemický článek. Po Galvanim a Voltovi následovaly další bádavé hlavy, které se snažily zdokonalovat elektrochemický postup. Patřil mezi ně Francouz Laclanché, který odstranil původní těžkopádnost a vysokou cenu galvanických článků při zlepšení elektrických parametrů. Němec Gessner byl tvůrce prvního suchého článku, který byl přenosný, fungující v každé poloze, a to tak, že elektrolyt zahustil v kašovitou hmotu. Do Čech přišly první suché články kolem roku 1898 z Vídně. V té době začal vznikat nový průmyslový obor věnující se elektrotechnice. V roce 1919 byla ve Slaném založena "Továrna na elektrické články a baterie, Pála a spol." Malá továrna se postupně rozrostla na uznávaného výrobce elektrochemických zdrojů proudu. Po roce 1948 se Bateria stala významným evropským producentem baterií a dalších speciálních zdrojů proudu. Technický pokrok dvacátého století, objev miniaturních tranzistorů a dalších polovodičových prvků přinesl nejprve vlnu tranzistorových rozhlasových přijímačů a později, jak se tyto prvky dále zdokonalovaly, se začaly objevovat i první kapesní kalkulačky, elektronické hodinky, diktafony,walkmany,discmany,videokamery či organizery. Díky další miniaturizaci elektronických obvodů a snižování jejich energetické spotřeby se od zásuvek odpoutaly i telefony a osobní počítače. Protože člověk nemá rád žádná omezení, prožívají dnes přenosné elektrochemické zdroje proudu svoji konjunkturu. Zdroje elektrické energie lze rozdělit na síťové, jež jsou součástí energetické rozvodné soustavy a elektrochemické, které produkují elektrickou energii prostřednictvím chemických procesů.

PRINCIP FUNKCE A SLOŽENÍ PRIMÁRNÍCH ZINKOCHLORIDOVÝCH A ALKALICKÝCH BATERIÍ

Zinkochloridové baterie - složení

Zinková nádobka (kalíšek) zastává funkci záporné elektrody. Do této nádobky je vloženo dýnko a svitek separačního papíru. Do svitku je nalisována směs burelu a sazí (uhlík). Jako výstupní kladná elektroda je v této směsi zaražen uhlíkový roubík, na který je nalisována kovová čepička, jako kladný pól baterie. Funkci elektrolytu zde zastává roztok chloridu zinečnatého . Tento elektrolyt je součástí směsi pro kladnou elektrodu. Celá sestava - směs, uhlík, separátor je zalita hmotou (ceresin, asfalt) , aby bylo zabráněno přístupu vzduchu. Celý článek je poté opatřen vnějším obalem ať již folií, papírem nebo kovovou dutinkou. Funkce - Směs kladné elektrody je použita o poměrně vysoké vlhkosti. Tato navlhčí separační papír a reaguje se zápornou zinkovou elektrodou. V průběhu vybíjení se spotřebovává vlhkost obsažená v článku, takže na konci vybíjení je vnitřek článku suchý. Proto je nutné u nových článků zajištění dokonalé hermetičnosti - pokud by došlo k porušení hermetičnosti, článek by vyschl a k reakci by nemohlo dojít. V dřívějších systémech těchto suchých článků se jako elektrolyt používal pastovitý roztok salmiaku. U této technologie docházelo při vybíjení ke vzniku volné vody a tím bylo zapříčiněno vytékání elektrolytu.

Alkalické baterie - složení

Ocelová nádobka zastává funkci kladného pólu baterie. Do této nádobky jsou nalisovány buď kroužky nebo trubka ze směsi burelu a uhlíku (sazí) - kladná elektroda. Doprostřed kladné elektrody je vložen separátor nasycený louhem. V tomto separátoru je vložen váleček záporné elektrody - emulze zikového prášku v tyloze. Do této záporné elektrody je zaražena jehla (obvykle mosazná) jako záporný sběrač a vývod. Proto je u alkalických článků na rozdíl od zinkochloridových izolovaně zapertlované dýnko článku - záporný pól. Funkce - je založena na stejném principu jako u zinkochloridových článků, t.j. reakce zinku a uhlíku. Na rozdíl od normálních baterií zde reakce probíhá za přítomnosti alkalického elektrolytu - louhu. Rozdíly mezi těmito dvěma druhy primárních článků V alkalických bateriích se používají suroviny s vyšší elektrickou vodivostí (saze), dále je v nich podstatně vyšší podíl elektrolytického burelu. Díky použití zinkového prachu jako záporné elektrody má tato větší reakční plochu. Tím je dáno, že tyto baterie mají vyšší kapacitu a i jejich zatěžovací proudy jsou vyšší než u klasických článků.

Použití jednotlivých typů baterií:

Zinkochloridové - svítilny, rozhlasové přijímače, hračky s nižšími nároky na odběr.
Alkalické - hračky, které používají pro pohon motory, walkmany, discmany, svítilny používající halogenové žárovky, blesky a aplikace vyžadující nárazově vyšší proudy.

Dočkáme se nových železných baterií?

Izraelští vědci vypracovali studii, ve které se zabývají novým druhem baterií. Jedná se o "železné" baterie, které by v sobě zaprvé měly mít méně toxických materiálů a měly by vydržet přibližně o 50% déle, než nyní používané baterie.

Vědci dále uvádějí, že železné baterie se budou moci nechat také dobíjet, takže bude možné je používat v discmanech, walkmanech a jiných "mužích", či dokonce v medicínských implantátech; a také v mobilních telefonech.
Stuart Licht, vedoucí pracovník výzkumného týmu na Technion-Israel Institute of Technology v Haifě v Izraeli řekl, že "super-iron" baterie v porovnání s klasickými alkalickými mají 50% energetický zisk a až 200% nárůst energie v horní hranici plného energetického toku, kterou Licht definoval jako potřebnou pro provoz zařízení, jako jsou například kamery, discmany a nebo mobilní telefony - to znamená, že vybíjecí křivka je strmější a bude vyhovovat i zařízením s větším nárazovým odběrem.

"Na příklad klasická AAA alkalická baterie může v tomto spektru vysokého odběru energie dodávat proud pouze několik minut, ale AAA "super-iron" baterie může za stejných podmínek dodávat energii na tak vysoké hladině i přes hodinu",

dodal Licht. Baterie, založené na super-iron budou nahrazovat jak alkalické baterie, tak samozřejmě umožní nabíjení, takže nahradí i klasické Ni-Cd a Ni-MH nabíjecí baterie. Baterie zároveň obsahují "čisté" materiály, takže méně zatěžují životní prostředí a tím, že se zvyšuje jejich kapacita, také přispívají k tomu, aby se začaly používat co nejdříve a co nejvíce. Licht objevil super-iron (super-železo), což je neobvyklá forma kombinace železa a kyslíku. Tato kombinace je nestálá, ale Licht objevil, že pokud je zachováme v čisté podobě, tak zůstanou ve stálé a použitelné formě. Licht dále řekl, ža beterie s kovovou nebo bariovo katodou nevypouštějí toxické materiály do okolního prostředí jako alkalické baterie.

"Super-iron beterie eventuálně zkoroduje, což je daleko přijatelnější, než jiné jedovaté odpadové materiály, jako je rtuť, kadmium, hořčík a oxidy niklu, které jsou obsaženy v mnoha současných bateriích, jež používáme."

Do praktického nasazení ale mají Super-Iron články ještě daleko - nyní teprve přicházejí na trh Litium-Polymerové baterie, které zřejmě brzy nahradí Li-Iontové baterie.

Zdroj: www.mobil.cz a www.bateria.cz