Jak fungují baterie?

baterie nanodrátů poslední tisíce poplatků vedoucí kredit borys shevchuk Borys Shevchuk / 123RF Moderní svět ve vší své velkoleposti a složitosti uteká překvapivě prvotní silou, která protéká lidskými těly dlouho předtím, než byl postaven první motor. Elektřina, stejná síla, která udržovala lidské srdce v tepu tak dlouho, dokud byla lidská srdce poražena, dnes proudí v žilách civilizace a napájí mrakodrapy, ve kterých pracujeme, a telefony v našich kapsách.

Ačkoli velcí producenti elektřiny, kolosy jako přehrada Hoover Dam, mohou být vizuálně nejpůsobivější, lidské zvládnutí elektrických proudů je možná nejpůsobivější v podobě baterií. Některé dostatečně malé, aby seděly na špičce prstu, baterie napájí mnoho zařízení, která používáme každý den: telefony, notebooky, baterky, hodinky. Již po desetiletí jsou všudypřítomnou součástí života, ale kolik z nás ví, jak fungují?

Pod jejich jednoduchými exteriéry jednoduchý mechanismus

Typická alkalická baterie bude známa mnoha lidem, alespoň zvenčí. Baterie je obvykle uzavřena v kovovém válci a má dva konce označené + (kladné) a - (záporné). Dva konce baterie jsou svorky připojené k elektrodám uvnitř baterie: kladný konec se připojuje ke katodě, zatímco záporný konec se připojuje k anodě. Oddělovač uvnitř baterie brání tomu, aby se oba dotýkali, a zároveň mezi nimi proudí elektřina. Mezi dvěma konci je elektrolytová pasta, látka, která umožňuje tok elektrického proudu.

anatomie baterie

Elektrony přirozeně chtějí proudit z negativního konce (kde jsou přebytečné elektrony) na pozitivní konec (kde jsou otevřené prostory pro elektrony), ale nemohou to udělat, protože separátor blokuje jejich cestu. Spojením kladných a záporných konců strany se vytvoří obvod, který umožňuje tok elektrického proudu.

Kruhový diagram

Když je baterie zapojena do zařízení, jako je baterka nebo dálkový ovladač, je vytvořen obvod a dochází k chemickým reakcím v anodě a katodě. V anodě dochází k oxidační reakci, kdy se ionty kombinují s anodou a uvolňují elektrony. Na katodě dochází k redukční reakci, kdy ionty a elektrony tvoří sloučeniny. V těchto oxidačně-redukčních reakcích proudí elektrony ze záporně nabité anody na kladně nabitou katodu.

V alkalické baterii je anoda vyrobena ze zinku, zatímco katoda je oxid manganičitý. Elektrody v těchto bateriích v průběhu času erodovaly. Dobíjecí baterie jsou obvykle vyrobeny z lithium-iontových baterií. Po připojení k dobití se tok elektřiny obrátí a anoda a katoda se vrátí do původního stavu.

Stručná historie baterií

Nejstarší objekt připomínající baterii mohl být postaven již ve 3. století našeho letopočtu v podobě hliněných nádob, které v roce 1938 odkryl německý malíř Wilhelm König poblíž Bagdádu. Uvnitř každého hrnce byla železná tyč zabalená do měděného plechu. Ve sklenicích bylo dostatek místa, aby obsahovaly nějaký druh roztoku elektrolytu, a tak König věřil, že hrnce jsou galvanické články, které mohou obyvatelé sásánovské říše používat k galvanizaci, což je proces, při kterém se k výrobě kovového povlaku používá elektrický proud.

Jistě, experimenty byly zaměřeny na opětovné vytvoření těchto zařízení (včetně jednoho z populární show) MythBusters) zjistili, že konstrukce může produkovat malé napětí, dostatečně velké pro galvanické pokovování. Navzdory tomu se většina archeologů dnes domnívá, že hrnce nebyly v době, kdy byly postaveny, používány jako baterie, ale spíše jako zásobníky posvátných svitků. Kovové povlaky v období, kdy byly sklenice postaveny, byly provedeny procesem pozlacování ohněm, takže Königova teorie galvanického pokovování se zdá být křehká. Ať už byly bagdádské baterie určeny pro jakýkoli účel, jsou to přinejmenším zajímavá kuriozita, neúmyslné proto-baterie postavené dlouho předtím, než vědci lépe porozumí elektrickým proudům.

První skutečná baterie byla postavena v roce 1800 Alessandro Volta. V době, kdy působil jako profesor na univerzitě v Pavii, spolupracoval Volta s Luigim Galvanim, biologem, který při pitvě žáby zjistil, že když se jeho skalpel dotkne mosazného háku, který drží žábu, jeho nohy se začnou třást. Galvani (kdo by inspiroval slovo „galvanizovat“) věřil, že to byl důkaz elektrické síly, která oživuje život, kterou nazval „zvířecí elektřinou“. Volta reprodukoval Galvaniho experiment, ale dospěl k jinému závěru: elektrický proud vytvořil spojení kovového skalpelu a háku, nikoli životní síla žáby.

Voltův výzkum ho vedl k vytvoření hromady volta, skládající disky zinku a stříbra, mezi nimiž byla lepenka nasáklá slanou vodou. Spojením horního a spodního disku s drátem dokázala Volta vyrobit elektrický proud a položit základ pro budoucí baterie. Na počest Voltovy práce je jednotka měření elektrického potenciálu známá jako volt.

Baterie, jak ji známe dnes, je relativně nedávný vynález. V 50. letech pracoval pro společnost Union Carbide na bateriové lince Eveready a inženýr Lewis Urry dostal něco, co se dnes jeví jako pozoruhodně pozemský úkol: vyrobit baterie s delší životností pro hračky. Spíše než vylepšit stávající design, jak očekávali jeho šéfové, Urry se rozhodl vytvořit novou baterii a nakonec se rozhodl použít směs oxidu manganičitého a práškového zinku. Urry tak vytvořil moderní alkalickou baterii, která je schopna napájet zařízení exponenciálně déle než předchozí komerční baterie. Přestože se první alkalické baterie dostaly na trh v roce 1959, díky častým vylepšením zůstaly životaschopné i do současnosti.

Poslední příspěvky