Jak działają baterie

maj 18 2015

Baterie stanowią nieodłączny element naszego życia – można je znaleźć w samochodach, tabletach, laptopach, odtwarzaczach muzyki i telefonach komórkowych. W rzeczywistości bateria jest pojemnikiem wypełnionym specjalnymi chemikaliami, które produkują elektrony. Ta reakcja chemiczna została nazwana reakcją elektrochemiczną.

Anoda i katoda?

Przyjrzyjmy się temu od środka. Biegun dodatni akumulatora (oznaczony na poniższej grafice kolorem czerwonym) jest podłączony do elektrody dodatniej , która zazwyczaj jest ukryta wewnątrz baterii. Nazywamy to katodą. Obudowa zewnętrzna na dole baterii to elektroda ujemna, którą nazywamy anodą. W szkole być może uczyłeś się, że katoda jest elektrodą ujemną , a anoda elektrodą dodatnią? Jednakże odnosi się tylko do elektrolizy (czyli przekazywania energii elektrycznej przez chemiczny podział). Jeśli chcesz zrozumieć jak działa bateria musisz wiedzieć, że anoda i katoda w niej są zamienione. By uniknąć pomyłek używajmy więc słów biegun „dodatni ” i ” ujemny „, a zawsze będzie jasne, co masz na myśli , czy mówisz baterii czy elektrolizie.

Rysunek obrazujący przepływ elektronów baterii

Reakcje chemiczne

Wróćmy z powrotem do naszej baterii. Dodatnie i ujemne elektrody są oddzielone chemicznym elektrolitem. Może być on cieczą, lecz w zwykłej baterii najprawdopodobniej jest białym proszkiem. Po podłączeniu baterii do lampy oraz jej włączeniu zaczynają dziać się reakcje chemiczne. Jedna z reakcji generuje jony dodatnie i elektrony na elektrodzie ujemnej. Dodatnie jony przepływają przez elektrolit na elektrodzie dodatniej. Tymczasem, elektrony przepływają wokół obwodu zewnętrznego (czerwone straszłki) do elektrody dodatniej i sprawiają, że lampa zapala się po drodze. W chwili, gdy akumulator zaczyna zasilać jakiś układ, energia chemiczna zamieniana jest na energię elektryczną w wyniku zachodzących w akumulatorze reakcji chemicznej. Prędkość wytwarzanych w ten sposób elektronów określa ilość elektronów, które mogą krążyć między elektrodami.

Dokładne reakcje zależą od materiałów, z których wykonane są elektrody i elektrolitu, a my nie będziemy się nimi tutaj zajmować szczegółowo. Ogólna zasada jest taka, że elektrony przepływają przez obwód zewnętrzny a jony przepływają w przeciwnym kierunku przez elektrolit. Tak dzieje się we wszystkich bateriach. Należy również pamiętać, że elektrony przepływają z akumulatora do przewodu zawsze od ujemnej elektrody do dodatniej. Tylko wtedy ma miejsce reakcja chemiczna. To właśnie dlatego baterie i akumulatory mogą latami leżeć na półce i wciąż zachowywać energię: dopóki elektrony nie płyną od ujemnej do dodatniej elektrody, reakcja chemiczna prowadząca do wytworzenia prądu nie zachodzi, więc akumulator nie zostaje rozładowany.

W miarę jak bateria generuje moc substancje wewnątrz niej stopniowo przekształcają się w różne chemikalia. Ich zdolność do wytwarzania energii maleje, napięcie akumulatora spada powoli, a bateria w końcu wyczerpie. Innymi słowy, bateria ulega wyczerpaniu na skutek wyczerpania w niej substancji chemicznych. W następstwie bateria nie może wytwarzać jonów dodatnich oraz elektronów do obwodu zewnętrznego.