ZA bateria, które w rzeczywistości jest ogniwem elektrycznym, to urządzenie wytwarzające elektryczność w wyniku reakcji chemicznej. Ściśle mówiąc, bateria składa się z dwóch lub więcej ogniw połączonych szeregowo lub równolegle, ale termin ten jest ogólnie używany dla pojedynczego ogniwa. Ogniwo składa się z elektrody ujemnej; elektrolit, który przewodzi jony; separator, także przewodnik jonowy; i elektrodę dodatnią. The elektrolit może być wodny (składający się z wody) lub niewodny (nieskomplikowany z wodą), w postaci płynnej, pasty lub stałej. Gdy ogniwo jest podłączone do zewnętrznego obciążenia lub urządzenia, które ma być zasilane, elektroda ujemna dostarcza prąd elektronów, które przepływają przez obciążenie i są akceptowane przez elektrodę dodatnią. Po usunięciu zewnętrznego obciążenia reakcja ustaje.
Podstawowa bateria to taka, która może zamienić swoje chemikalia w energię elektryczną tylko raz, a następnie należy ją wyrzucić. Druga bateria ma elektrody, które można odtworzyć, przepuszczając z powrotem prąd; zwany także akumulatorem lub akumulatorem, może być wielokrotnie używany.
Akumulator ten wykorzystuje tlenek niklu w elektrodzie dodatniej (katodzie), związek kadmu w elektrodzie ujemnej (anodzie) oraz roztwór wodorotlenku potasu jako elektrolit. Akumulator niklowo-kadmowy jest ładowalny, dzięki czemu może cyklicznie się cyklicznie zmieniać. Akumulator niklowo-kadmowy przekształca energię chemiczną w energię elektryczną po rozładowaniu i przekształca energię elektryczną z powrotem w energię chemiczną po naładowaniu. W całkowicie rozładowanym akumulatorze NiCd katoda zawiera wodorotlenek niklu [Ni (OH) 2] i wodorotlenek kadmu [Cd (OH) 2] w anodzie. Po naładowaniu akumulatora skład chemiczny katody ulega transformacji, a wodorotlenek niklu zmienia się w tlenohydroksyd niklu [NiOOH]. W anodzie wodorotlenek kadmu przekształca się w kadm. W miarę rozładowywania akumulatora proces jest odwracany, jak pokazano w poniższym wzorze.
Akumulator niklowo-wodorowy można uznać za hybrydę między akumulatorem niklowo-kadmowym a ogniwem paliwowym. Elektrodę kadmową zastąpiono elektrodą gazową na wodór. Ta bateria różni się wizualnie od baterii niklowo-kadmowej, ponieważ ogniwo jest naczyniem ciśnieniowym, które musi zawierać ponad tysiąc funtów na cal kwadratowy (psi) wodoru. Jest znacznie lżejszy niż nikiel-kadm, ale trudniej go spakować, podobnie jak skrzynka z jajkami.
Baterie niklowo-wodorowe są czasami mylone z bateriami niklowo-wodorkowymi, bateriami powszechnie występującymi w telefonach komórkowych i laptopach. Akumulatory niklowo-wodorowe, a także akumulatory niklowo-kadmowe wykorzystują ten sam elektrolit, roztwór wodorotlenku potasu, zwany potocznie ługiem.
Zachęty do opracowywania akumulatorów niklowo-wodorkowych (Ni-MH) pochodzą z naglących problemów zdrowotnych i środowiskowych, aby znaleźć zamienniki akumulatorów niklowo-kadmowych. Ze względu na wymogi bezpieczeństwa pracowników przetwarzanie kadmu do akumulatorów w Stanach Zjednoczonych jest już stopniowo wycofywane. Ponadto przepisy dotyczące ochrony środowiska na lata 90. i XXI wiek najprawdopodobniej spowodują konieczność ograniczenia zużycia kadmu w bateriach do użytku konsumenckiego. Pomimo tych nacisków, obok akumulatora ołowiowo-kwasowego, akumulator niklowo-kadmowy nadal ma największy udział w rynku akumulatorów. Dalsze zachęty do badania akumulatorów wodorowych wynikają z ogólnego przekonania, że wodór i elektryczność wypierają, a ostatecznie zastępują znaczna część wkładu energetycznego zasobów paliw kopalnych, stając się fundamentem zrównoważonego systemu energetycznego opartego na odnawialnych źródłach energii źródła. Wreszcie, istnieje duże zainteresowanie opracowaniem akumulatorów Ni-MH do pojazdów elektrycznych i pojazdów hybrydowych.
Elektrolit KOH może transportować tylko jony OH-, a aby zrównoważyć transport ładunku, elektrony muszą krążyć przez ładunek zewnętrzny. Elektroda niklowo-wodorotlenkowa (równanie 1) została dogłębnie zbadana i scharakteryzowana, a jej zastosowanie zostało szeroko zademonstrowane zarówno w zastosowaniach lądowych, jak i kosmicznych. Większość obecnych badań nad akumulatorami Ni / metalowodorkowymi dotyczyła poprawy działania anody wodorkowej. W szczególności wymaga to opracowania elektrody wodorkowej o następujących cechach: (1) długa cykl życia, (2) wysoka pojemność, (3) duża szybkość ładowania i rozładowywania przy stałym napięciu oraz (4) retencja Pojemność.
Systemy te różnią się od wszystkich wcześniej wspomnianych akumulatorów tym, że w elektrolicie nie stosuje się wody. Zamiast tego używają niewodnego elektrolitu, który składa się z płynów organicznych i soli litu, aby zapewnić przewodnictwo jonowe. Układ ten ma znacznie wyższe napięcia ogniw niż układy z elektrolitem wodnym. Bez wody ewolucja wodoru i gazów tlenowych jest wyeliminowana, a komórki mogą pracować z znacznie szerszymi potencjałami. Wymagają również bardziej złożonego montażu, ponieważ należy to zrobić w prawie idealnie suchej atmosferze.
Wiele akumulatorów, które nie nadają się do ponownego ładowania, opracowano najpierw z litowo-metalicznym anodą. Komórki monet stosowane w dzisiejszych bateriach do zegarków to głównie chemia litowa. Systemy te wykorzystują różnorodne systemy katodowe, które są wystarczająco bezpieczne do użytku przez konsumentów. Katody są wykonane z różnych materiałów, takich jak monofluorek węgla, tlenek miedzi lub pięciotlenek wanadu. Wszystkie stałe systemy katodowe mają ograniczoną szybkość rozładowywania, którą będą obsługiwać.
Aby uzyskać wyższą szybkość rozładowania, opracowano układy katod ciekłych. Elektrolit jest reaktywny w tych konstrukcjach i reaguje na porowatą katodę, która zapewnia miejsca katalityczne i zbieranie prądu elektrycznego. Kilka przykładów tych układów obejmuje chlorek litu-tionylu i ditlenek litu-siarki. Baterie te są używane w kosmosie i do zastosowań wojskowych, a także do sygnalizatorów awaryjnych na ziemi. Na ogół nie są publicznie dostępne, ponieważ są mniej bezpieczne niż systemy z litą katodą.
Uważa się, że następnym krokiem w technologii akumulatorów litowo-jonowych jest akumulator litowo-polimerowy. Akumulator ten zastępuje ciekły elektrolit żelowanym elektrolitem lub prawdziwym elektrolitem stałym. Akumulatory te powinny być jeszcze lżejsze niż akumulatory litowo-jonowe, ale obecnie nie planuje się latania tą technologią w kosmosie. Nie jest również powszechnie dostępny na rynku komercyjnym, chociaż może być tuż za rogiem.
Z perspektywy czasu przeszliśmy długą drogę od wycieku latarka baterie lat sześćdziesiątych, kiedy narodził się lot kosmiczny. Dostępna jest szeroka gama rozwiązań, które spełniają wiele wymagań lotów kosmicznych, od 80 ° C poniżej zera do wysokich temperatur latającego Słońca. Można poradzić sobie z ogromnym promieniowaniem, dziesięcioleciami eksploatacji i ładunkami sięgającymi dziesiątek kilowatów. Będzie kontynuowana ewolucja tej technologii i ciągłe dążenie do ulepszania akumulatorów.