Dlaczego jest tyle typów baterii?

Jeżeli spojrzeć na różnorodność baterii, jakie używane są do wielu urządzeń w naszych domach, okaże się, że prawie każde potrzebuje innego typu ogniwa.

Obecnie nie jest to już spowodowane do końca ich pojemnością, więc ilością zmagazynowanego prądu, ale jest nim głównie czynnik wytwarzania mocy i technologia. Mamy więc baterie litowo-jonowe, ale i kwasowo-ołowiowe oraz inne, jednak w każdej z baterii, od tej najmniejszej do największych, a używanych w samochodach, ważna jest chemia i fizyka materiałów odpowiedzialnych za magazynowanie oraz oddawanie/wytwarzanie prądu.

Pierwsze baterie na świecie można było kupić już w XIX wieku, a były to krążki nasączone solanką, które dawały niewielkie napięcie i jeszcze krócej działały. Te zaś wynalazł Włoch Alessandro Volta.

Generalnie zasada działania baterii jest bardzo prosta i we wszystkich przypadkach baterie zachowują się w ten sam sposób, bo różnica napięcia pomiędzy dwiema różnymi elektrodami wytwarza prąd elektryczny, który może zostać rozładowany w celu zasilenia urządzenia. W przypadku akumulatorów mogą być one ładowane, więc następuje odwrócenie procesu. Zawsze jednak wewnątrz akumulatora prądowi elektrycznemu towarzyszy przepływ jonów przez ciecz, czyli elektrolit.

W zwykłych bateriach nie ma jednak możliwości, by ponownie je naładować, co oznacza, że są jednorazowego użytku.

Tych zaś używamy w urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak kalkulatory i wagi cyfrowe, co zezwala na użycie mniejszych baterii – o niższej pojemności, ponieważ nie wymagają one ładowania i są to przede wszystkim baterie alkaliczne jednorazowego użytku, używane od kilkudziesięciu lat. Tu również wielkość baterii oznacza moc, więc o ile potrzebna jest większa ilość zmagazynowanej energii, bateria w formie cylindra będzie miała jej więcej, a tzw. guzikowa mniej, chociaż również te wykazują się obecnie długimi cyklami pracy.

Na rynku spotykamy bardzo często baterie prostokątne, ale one nie różnią się niczym od cylindrycznych, bo wewnątrz właśnie takie zawierają, a wyłącznie w odpowiedniej formie magazynuje się wyższe napięcie.  

Firmy produkujące baterie, ale też producenci urządzeń, które są nimi zasilane, robią to od lat i tak dalece przyzwyczaiły się do kształtów, że nie mają obecnie żadnych powodów, aby zmieniać całe linie produkcyjne i przejść na jeden lub kilka zamiast kilkudziesięciu typów baterii. Pojawiły się jednak opinie, że ten proces kiedyś zostanie zapoczątkowany, bo nawet niewielka guzikowa bateria, może już teraz zmagazynować taką ilość i moc prądu, że zastąpi nawet tę 9-voltową i nie będzie jej ustępować parametrami.

Powoli z rynku znikają, ponieważ gdzieniegdzie są jeszcze dostępne baterie niklowo-kadmowe, jednak kadm jest wysoce toksyczny i wychodzi się już z produkcji tego typu ogniw. Kadm zastępuje się litem, który oceniono, iż jest mniej szkodliwy w warunkach domowych, a przy odpowiednim stosowaniu baterii domach, ludzie nie mają z nim żadnego kontaktu. Lit ma też pewne pożądane właściwości, czyli może magazynować duże ilości energii, co bardzo spodobało się producentom baterii.

Baterie są produkowane także w określonych rozmiarach i kształtach ze względu na koszty oraz możliwości produkcyjne, ale w innych przypadkach ze względu na dotychczasowe procesy produkcyjne. Zapotrzebowanie rynku również odgrywa rolę. Na przykład pojazdy elektryczne nie zyskały popularności, dopóki Tesla nie zaczęła produkować samochodów z wykorzystaniem cylindrycznych ogniw litowo-jonowych zamiast prostokątnych lub pryzmatycznych, z których korzystali inni producenci pojazdów elektrycznych.

Jakie kształty i rozmiary przyjmą baterie w przyszłości, zależy to nie tylko od ilości magazynowanej przez nie energii, ale także od ekonomii rynku, czyli, jak łatwo jest wyprodukować każdy typ ogniwa, ile kosztuje ich wykonanie i do czego są wykorzystywane. Czynniki te to połączenie innowacji i historii – uważa Wesley Chang, który jest adiunktem inżynierii mechanicznej i mechaniki na Uniwersytecie Drexel.

Opr. Bogdan Feręc

Źr. The Conversation

Photo by Roberto Sorin on Unsplash