Bateri

Një bateri është një pajisje e përbërë nga një ose më shumë qeliza elektrokimike me lidhje të jashtme për furnizimin me energji të pajisjeve elektrike të tilla si elektrik dore, telefona celularë dhe makina elektrike. Kur një bateri është duke furnizuar me energji elektrike, terminali i saj pozitiv është katoda dhe terminali i saj negativ është anoda. Terminali i shënuar negativ është burimi i elektroneve që do të rrjedhin përmes një qarku të jashtëm elektrik në terminalin pozitiv. Kur një bateri është e lidhur me një ngarkesë elektrike të jashtme, një reaksion redoks shndërron reaktantët me energji të lartë në produkte me energji më të ulët dhe diferenca e energjisë së lirë dorëzohet në qarkun e jashtëm si energji elektrike.Historikisht termi “bateri” i referohej posaçërisht një pajisjeje të përbërë nga shumë qeliza, megjithatë përdorimi ka evoluar për të përfshirë pajisjet e përbëra nga një qelizë e vetme.
Bateritë primare (me një përdorim të vetëm ose “të disponueshëm”) përdoren një herë dhe hidhen, pasi materialet e elektrodës ndryshohen në mënyrë të pakthyeshme gjatë shkarkimit; një shembull i zakonshëm është bateria alkaline e përdorur për elektrik dore dhe një mori pajisjesh elektronike të lëvizshme. Bateritë sekondare (të rimbushshme) mund të shkarkohen dhe të karikohen shumë herë duke përdorur një rrymë elektrike të aplikuar; përbërja origjinale e elektrodave mund të rikthehet nga rryma e kundërt.
Përdorimi i “baterisë” për të përshkruar një grup pajisjesh elektrike daton nga Benjamin Franklin, i cili në 1748 përshkroi kavanoza të shumta Leyden për analogji me një bateri topi (Benjamin Franklin huazoi termin “bateri” nga ushtria, e cila referon për armët që funksionojnë së bashku.
Fizikanti italian Alessandro Volta ndërtoi dhe përshkroi baterinë e parë elektrokimike, grumbullin voltaik, në 1800. Kjo ishte një pirg pllaka bakri dhe zinku, të ndara nga disqe letre të lagura nga shëllira, që mund të prodhonin një rrymë të qëndrueshme për një kohë të konsiderueshme. Volta nuk e kuptonte që voltazhi ishte për shkak të reaksioneve kimike. Ai mendoi se qelizat e tij ishin një burim i pashtershëm i energjisë, dhe se efektet e shoqëruara të korrozionit në elektroda ishin një shqetësim i thjeshtë, sesa një pasojë e pashmangshme e funksionimit të tyre, siç tregoi Michael Faraday në 1834.
Megjithëse bateritë e hershme kishin një vlerë të madhe për qëllime eksperimentale, në praktikë tensionet e tyre luhateshin dhe ato nuk mund të siguronin një rrymë të madhe për një periudhë të qëndrueshme. Qeliza Daniell, e shpikur në 1836 nga kimisti britanik John Frederic Daniell, ishte burimi i parë praktik i energjisë elektrike, duke u bërë një standard i industrisë dhe duke parë adoptimin e përhapur si një burim energjie për rrjetet telegrafike elektrike. Ai përbëhej nga një tenxhere bakri e mbushur me një tretësirë sulfate bakri, në të cilën ishte zhytur një enë balte e pa lustruar e mbushur me acid sulfurik dhe një elektrodë zinku.
Bateritë klasifikohen në forma primare dhe sekondare:
● Bateritë primare janë krijuar që të përdoren derisa të shterojnë energjinë dhe të hidhen pas. Reaksionet e tyre kimike në përgjithësi nuk janë të kthyeshme, kështu që ato nuk mund të rimbushen. Kur furnizimi i reaktantëve në bateri shteron, bateria ndalet së prodhuari rrymë dhe është e padobishme.
● Bateritë sekondare mund të rimbushen, domethënë ata mund të përmbysin reagimet e tyre kimike duke aplikuar rrymë elektrike në qelizë. Kjo rigjeneron reaktantët kimikë origjinal, kështu që ata mund të përdoren, të karikohen dhe të përdoren përsëri shumë herë.
Disa lloje të baterive primare të përdorura, për shembull, për qarqet telegrafike, u rikthyen në punë duke zëvendësuar elektrodat. Bateritë sekondare nuk mund të rimbushen në mënyrë të pacaktuar për shkak të shpërndarjes së materialeve aktive, humbjes së elektrolitit dhe korrozionit të brendshëm.

Primare

Artikulli kryesor: Qeliza primare
Bateritë primare, ose qelizat primare, mund të prodhojnë rrymë menjëherë në montim. Këto përdoren më së shpeshti në pajisjet portative që kanë rrjedhje të ulët të rrymës, përdoren vetëm me ndërprerje ose përdoren shumë larg një burimi alternative të energjisë, të tilla si në qarqet e alarmit dhe komunikimit ku energjia tjetër elektrike është e disponueshme vetëm me ndërprerje. Qelizat primare të disponueshme nuk mund të rimbushen në mënyrë të besueshme, pasi reaksionet kimike nuk janë lehtësisht të kthyeshme dhe materialet aktive mund të mos kthehen në format e tyre origjinale. Prodhuesit e baterive rekomandojnë kundër përpjekjes për të rimbushur qelizat kryesore. Në përgjithësi, këto kanë dendësi më të lartë të energjisë sesa bateritë e rimbushura, por bateritë e disponueshme nuk kalojnë mirë nën aplikimet e kullimit të lartë me ngarkesa nën 75 ohmë (75 Ω). Llojet e zakonshme të baterive të disponueshme përfshijnë bateri zink – karbon dhe bateri alkaline.

Sekondare

Artikulli kryesor: Bateria e rimbushshme
Bateritë sekondare, të njohura edhe si qeliza sekondare, ose bateri të rimbushshme, duhet të karikohen para përdorimit të parë. Ato zakonisht montohen me materiale aktive në gjendje të shkarkuar. Bateritë e rimbushshme ri-karikohen duke aplikuar rrymë elektrike, e cila kthen reaksionet kimike që ndodhin gjatë shkarkimit ose përdorimit. Pajisjet për të furnizuar rrymën e duhur quhen karikues.
Forma më e vjetër e baterisë së rimbushur është bateria plumb-acid, të cilat përdoren gjerësisht në automjete dhe aplikime për shëtitje me varkë. Kjo teknologji përmban elektrolit të lëngët në një enë të pa mbyllur, duke kërkuar që bateria të mbahet në këmbë dhe zona të ajroset mirë për të siguruar shpërndarjen e sigurt të gazit të hidrogjenit që prodhon gjatë mbingarkesës. Bateria plumb-acid është relativisht e rëndë për sasinë e energjisë elektrike që mund të furnizojë. Kostoja e ulët e saj e prodhimit dhe nivelet e larta të tanishme të rritjes e bëjnë atë të zakonshme kur kapaciteti i tij (mbi afërsisht 10 Ah) është më i rëndësishëm sesa çështjet e peshës dhe trajtimit. Një aplikacion i zakonshëm është bateria moderne e makinës, e cila në përgjithësi mund të japë një rrymë maksimale prej 450 amperesh.
Bateria plumb-acid e rregulluar me valvul të mbyllur (bateria VRLA) është e popullarizuar në industrinë e automobilave si një zëvendësim për qelizën e lagur të plumbit-acidit. Bateria VRLA përdor një elektrolit të palëvizshëm të acidit sulfurik, duke zvogëluar mundësinë e rrjedhjes dhe zgjatjen e afatit të ruajtjes. Bateritë VRLA e imobilizojnë elektrolitin. Dy llojet janë:
● Bateritë xhel (ose “qeliza xhel”) përdorin një elektrolit gjysmë të ngurtë.
● Bateritë e Thithura të Qelqit (AGM) thithin elektrolitin në një shtresë të veçantë me tekstil me fije qelqi.
Bateritë e tjera të rimbushshme portabël përfshijnë disa lloje të mbyllura të “qelizave të thata”, të cilat janë të dobishme në aplikacione të tilla si celularët dhe kompjuterat laptopë. Qelizat e këtij lloji (me qëllim të rritjes së dendësisë së energjisë dhe kostos) përfshijnë qelizat nikel-kadmium (NiCd), nikel-zink (NiZn), hidrid metali nikel (NiMH) dhe jon litium (jon-Li). Li-joni ka deri tani pjesën më të lartë të tregut të rimbushjeve të qelizave të thata. NiMH ka zëvendësuar NiCd në shumicën e aplikacioneve për shkak të kapacitetit të tij më të lartë, por NiCd mbetet në përdorim në mjetet elektrike, radiot me dy drejtime dhe pajisjet mjekësore.
Në vitet 2000, zhvillimet përfshijnë bateri me pajisje elektronike të ngulitura siç është USBCELL, e cila lejon karikimin e një baterie AA përmes një lidhësi USB,bateri nanoball që lejojnë një shpejtësi shkarkimi rreth 100x më të madhe se bateritë aktuale, dhe paketa baterie inteligjente me gjendje- vëzhguesit e ngarkimit dhe qarqet e mbrojtjes së baterisë që parandalojnë dëmtimin e mbingarkesës. Shkarkimi i ulët i vetvetes (LSD) lejon që qelizat dytësore të karikohen përpara transportimit.