Virkemåte
Cellen er som regel satt sammen av to elektrolytter som er en væske som kan overføre elektroner, to elektroder som kan føre elektroner og en saltbro mellom elektrolyttene. Disse komponentene danner en redoksreaksjon, som betyr at et av stoffene vil reduseres og et av stoffene vil oksidere. For at dette skal skje må det utveksles elektroner, og det er disse elektronene som skaper strøm.
Dette er en illustrasjon av en Zn (sink) - Cu (kobber) galvanisk celle. Ser man på spenningsrekka, ser man at sink har en større tendens til å avgi elektroner enn det kobber har. Dette medfører at kobberelektroden vil ta rollen som katode ettersom det er her elektronene kommer til å ende opp. Sinkelektroden vil bli en anode, da den vil gi fra seg elektroner og få en positiv ladning. Sink vil som sagt avgi to elektroner som kobberløsningen vill oppta og danne rent kobber, og siden det da vil bli en ulik ladning i de to karene har man saltbroen til å tilføre ioner som utlikner ladningen. Du får da reaksjonsligningen:
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
Vanlige Batterier
Blybatteri (Pb)
Blybatteriet er i likhet med alle sekundærbatterier en akkumulator, og har en spenning på 2,1V per celle. Blybatteriet blir også ofte kalt bilbatteri fordi det hovedsaklig blir brukt til motorstart for kjøretøy. Blybatteriet bruker flytende svovelsyre som elektrolytt, noe som gjør det til det eneste batteriet med elektrolytten som en separat komponent. I ladet tilstand består den ene elektroden av blyoksid (Pb02), og den andre av porøst bly. Ved utdladning reduseres blyoksid på positiv pol ved at oksygenioner går ut i elektrolytten og forbinder seg med hydrogenioner til vann. Sulfationer i svovelsyren går til begge elektrodene og danner blysulfat. Elektrolytten vil altså ved utladningen gå over til vann. Reaksjonligningen her blir:
Pb + 2H2SO4 + PbO2 → PbSO4 + 2H2O + PbSO4
Levetiden til et blybatteri ved vil ved normal romtemperatur være 10-15 år som reservestrømkilde med regelmessig vedlikeholdsladning. Dersom batteriet brukes jevnlig, vil det klare 500-1500 opp- og utladninger.
Nikkel-kadmium (Ni-Cd)
Nikkel-kadmium batteriene ble veldig populære da de først ble tilgjengelig. De kunne lades opp, noe som gjorde dem egnet til mobiltelefoner og annen mobil elektronikk. I den positive elektroden (katoden) er det nikkelhydroksid, og i den negative (anoden) befinner det seg kadmium. Elektrolytten består av kaliumhydroksid, men har ingen del av den kjemiske prosessen. Den er der altså kun som transportør av ioneladninger. Elektrolyttens densitet vil derfor nesten ikke forandres ved opp- og utladning, og det samme er tilfellet med cellespenning og indre motstand. Det er derfor vanskeligere å måle Ni-Cd-batteriets ladetilstand enn for eksempel blybatteriet. Ni-Cd-batteriet tåler derimot flere ladesykluser og har bedre ytelse ved lave temperaturer enn blybatteriet. Ni-Cd-batteriet har en ladning på 1,2V per celle.
Nikkel-metallhydrid (NiMH)
NiMH-batteriet, er en miljøvennlig løsning som utelukker bruk av de miljøfarlige tungmetallene bly, kvikksølv og kadmium. NiMh-batteriet er i hovedsak bygd opp på samme måte som et NiCd-batteri, men den negative elektroden er erstattet av en høyporøs hydrogenabsorberende legering av metallhydrider. På mange punkter er NiMH-batteriet bedre enn NiCd-batteriet, men begrensinger som blant annet kort lagringstid (høy selvutlading ved romtemperatur – mindre ved lave temperaturer), små størrelser og høy kostbarhet gjør at mange foretrekker NiCd-batteriet.
Alkalisk sink-manganoksid
Alkalisk sink-manganoksidbatteriet er bygd opp som et brunsteinbatteri, og har en elektrolytt av kaliumhydroksid (KOH). Dette batteriet har lavere indre motstand og tåler dermed betydelig større strømbelastning enn det vanlige brunsteinbatteriet. I tillegg har batteriet atskillig større kapasitet og energitetthet (3–4 ganger større enn for brunsteinbatteriet), og det kan også brukes ved lavere temperatur. Batteriet er imidlertid mer kostbart. |
| Her ser du de seks vanligste alkaliske primærbatteriene. Fra venstre; D, C, AA, AAA, A og 9V. |
Litiumbatterier
Litiumbatteriet er av de nyere typene primærbatterier, og har hatt en økt utbredelse de siste årene. Alle litiumbatterier har naturlig nok litium som anodemateriale, mens katodematerialet kan variere selv om svoveloksid er mest utbredt. Siden litium er det letteste metallet og har et normalpotensial på 3,05V, har litiumbatteriene høyere cellespenning og energitetthet enn noe annet primærbatteri. I tillegg har litiumbatteriene stabil utladespenning, gode lagringsegenskaper og gode belastningsegenskaper også ved lave temperaturer. Litiumbatterier kan også fåes som sekundærbatterier, noe som blir hyppig brukt i blant annet bilindustrien. Bilmodeller som for eksempel Nissan Leaf bruker oppladbare litiumbatterier. Ulempen her er at feil bruk kan føre til høy oppvarming, noe som i verste fall kan føre til kortslutning og til og med eksplosjon.
 |
| Nissan Leaf drives utelukkende av et oppladbart litium-ionbatteri |
Levetid
Produktet av utladestrøm og det antall timer denne strøm kan tas ut, kalles for batteriets kapasitet, "C" for coloumb. "C" angis ofte som den kapasitet som kan lades ut i løpet av et antall timer, dette skrives som "Cn" der n er det antall timer som batteriet lades ut i løpet av med en gitt strømning, én ampere*. Eksempel: "C5" er den kapasitet batteriet har dersom det lades helt uti løpet av 5 timer, "C20" er den kapasiteten en kan ta ut i løpet av 20 timer. Selv om dette er den "riktige" måten å måle batteriets holdbarhet på bruker vi heller "Ah"- ampere-timer.
*Ah er definert som en strøm på én ampere i en time, ampere er definert som 1 Colomb ladning pr sekund, tilnærmet lik 6,241*10 8elementærladninge (elektroner, e-) pr sekund.
Kilder:
http://no.wikipedia.org/wiki/Elektrisk_batteri
http://snl.no/batteri/fysikk
http://no.wikipedia.org/wiki/Galvanisk_element
Bilder:
http://no.wikipedia.org/wiki/Galvanisk_element
http://www.mn.uio.no/kjemi/forskning/tema/batterier/artikler/blybatteriet.html
Ingen kommentarer:
Legg inn en kommentar