Jak działają akumulatory (baterie wielokrotnego ładowania)?

Akumulatory wynaleziono już ponad sto lat temu, jednak wprowadzono je do użytku całkiem niedawno. Dzisiaj akumulatory znajdują się wszędzie wokół nas, przede wszystkim w urządzeniach mobilnych i artykułach gospodarstwa domowego. Ale jak działają akumulatory? I do czego służy ładowarka? W tym artykule przyjrzymy się zasadom działania akumulatorów (baterii wielokrotnego ładowania).

Trochę chemii

Jak wszystko wokół nas akumulator zbudowany jest z atomów. Każdy atom składa się z trzech typów cząsteczek:

• protonów (cząsteczki dodatnie)
• elektronów (cząsteczki ujemne)
• neutronów.

W idealnej sytuacji ładunek powinien być wyrównany: liczba cząsteczek dodatnich i ujemnych jest wtedy taka sama. Usunięcie jednego elektronu (np. cząsteczki ujemnej) sprawia, że atom staje się dodatni i na odwrót. Ponieważ atomy dążą do zachowania neutralnego ładunku, zbliżają się do innych atomów w celu wymiany elektronów i odzyskania równowagi. Ten „przepływ” elektronów jest przyczyną zjawiska znanego jako prąd elektryczny.

Anoda, elektrolit i katoda

Proces wymiany elektronów zachodzi również w akumulatorze. Każdy akumulator składa się z trzech części: anody, elektrolitu i katody. Jednak każdy rodzaj wykorzystuje inne substancje chemiczne do utworzenia tych części.

W całkowicie naładowanym akumulatorze anoda ma znak ujemny, a katoda — dodatni. Dlaczego? Anoda zawiera nadmierną liczbę elektronów (ujemnych), natomiast katoda — niedostateczną. W zwykłych warunkach anoda przekazałaby katodzie ten nadmiar.

Jednak włączając do układu trzeci element — separator z elektrolitem — można kontrolować przepływ i utworzyć akumulator. Separator działa jak bariera wewnątrz ogniwa, ustanowiona między anodą i katodą. Pozwala na przepływ prądu jedynie wtedy, gdy akumulator jest podłączony do urządzenia.

Jak działają akumulatory?

Wszystkie akumulatory działają w następujący sposób: elektrony przemieszczają się z anody na katodę do chwili, gdy anoda nie zawiera już żadnego z nich. Akumulator określa się wtedy jak pusty lub „martwy”.

W przypadku ogniw pierwotnych oznacza to koniec okresu eksploatacyjnego. W przypadku ogniw wtórnych ładowarka możne odwrócić przepływ elektronów, a więc przywrócić początkowy nadmiar elektronów w anodzie — w ten sposób powstaje akumulator.

W zależności od składników chemicznych zawartych w akumulatorze ta reakcja ulega odwróceniu lub nie. Baterie alkaliczne są zbudowane w taki sposób, że przepływu nie można odwrócić. Próby wzbudzenia tej reakcji mogą być naprawdę niebezpieczne.

Akumulator NiMH (niklowo-metalowy) pozwala na wymuszone odwrócenie przepływu, i to setki, a czasami nawet tysiące razy. Z czasem proces powoduje jednak uszkodzenie składników chemicznych. Nie można więc ładować i rozładowywać akumulatorów w nieskończoność — w pewnym momencie substancje nie będą już mogły utrzymywać ładunku.

Dalsze informacje

Jak więc działają akumulatory? Długość okresu eksploatacyjnego w przypadku każdego akumulatora zależy od producenta, rodzaju akumulatora i warunków, w których jest używany. Aby dowiedzieć się więcej na temat tego, jak powstają akumulatory NiMH, zapoznaj się z jednym z naszych wcześniejszych artykułów tutaj.