B A T E R I A

1. Introducere

Bateria, numită şi element galvanic electric, este un dispozitiv care

converteşte energia chimică în electricitate. Strict vorbind, o baterie constă din

două sau mai multe elemente galvanice conectate în serie sau în paralel, dar

termenul este de asemenea folosit şi pentru a desemna elemente galvanice izolate.

Toate elementele galvanice constă dintr-un electrolit lichid, pastă sau solid şi

dintr-un electrod pozitiv şi unul negativ. Electrolitul este un conductor ionic; unul

dintre electrozi va reacţiona, producând electroni, în timp ce celălalt va accepta

electroni. Atunci când electrozii sunt conectaţi la un dispozitiv care să-i încarce,

numit încărcător, circulă curent electric.

Bateriile în care elementele chimice nu pot fi reconstituite în forma lor

originară atunci când energia a fost convertită (adică, bateriile care au fost

descărcate) sunt numite elemente galvanice primare sau elemente volta. Bateriile

în care elementele chimice pot fi reconstituite făcând să treacă un curent electric

prin ele în direcţia opusă aceleia unei operaţii galvanice normale se numesc

elemente galvanice secundare, elemente reîncărcabile, elemente galvanice de

stocare sau acumulatoare.

2. Elementele galvanice primare

Cea mai cunoscută formă de element galvanic primar este elementul

Leclanché, inventată de chimistul francez Georges Leclanché în anii 1860. În

limbaj popular este numit element galvanic uscat sau baterie reflector. Elementul

Leclanché în folosinţă astăzi este foarte asemănător cu invenţia originală.

Electrolitul constă dintr-un amestec de clorură de amoniu şi clorură de zinc pastă.

Electrodul negativ este făut din zinc, ca şi învelişul exterior al elementului

1

galvanic, iar electrodul pozitiv este o tijă de carbon înconjurată de un amestec de

carbon şi dioxid de mangan. Elementul Leclanché produce circa 1.5 V.

Elementul cu combustibil este un alt tip de element galvanic primar. Este

unic prin faptul că elementele chimice nu sunt conţinute înăuntrul elementului

galvanic, ci vin din exterior.

3. Elementele galvanice secundare

Bateria de acumulare (sau elementul galvanic secundar) care poate fi

reîncărcată prin reversarea reacţiei chimice, a fost inventată în 1859 de fizicianul

francez Gaston Planté. Elementul lui Planté era un acumulator cu acid de plumb

de felul acelora în uz în zilele noastre. Acumulatorul cu plumb, care constă din

trei sau şase elemente galvanice conectate în serie este folosit la automobile,

camioane, avioane şi alte vehicule. Avantajul său cel mai important este acela că

poate să elibereze un curent puternic de electricitate pentru a porni motorul.

Electrolitul este o soluţie diluată de acid sulfuric, electrodul negativ constă din

plumb, iar electrodul pozitiv este din dioxid de plumb. În aplicaţie, electrodul

negativ de plumb disociază în electroni liberi şi în ioni pozitivi de plumb.

Electronii circulă prin circuitul electric extern, iar ionii pozitivi de plumb se

combină cu ioni sulfat în electrolit pentru a forma sulfat de plumb. Când

electronii reintră în elementul galvanic prin electrodul de dioxid de plumb pozitiv,

are loc o altă reacţie chimică. Dioxidul de plumb reacţionează cu ionii de

hidrogen în electrolit şi cu electronii liberi pentru a forma apa, eliberând ioni de

plumb în electrolit pentru a forma sulfatul de plumb aditiv.

2

Un element de acumulare cu plumb se descarcă în timp ce acidul sulfuric se

converteşte treptat în apă şi electrozii se convertesc în sulfat de plumb. Când

acumulatorul se reîncarcă, reacţiile chimice descrise mai sus sunt reversate până

ce substanţele chimice revin la condiţia lor originară. Un acumulator cu plumb

poate fi folosit timp de circa patru ani. Acesta produce aproximativ 2 V pe

element. Mai nou, acumulatoarele capabile să reziste timp de 50-70 de ani au fost

transformate pentru aplicaţii speciale.

Un alt element galvanic secundar folosit pe scară largă este elementul

alcalin sau bateria de nichel-fier, dezvoltat de inventatorul american Thomas

Edison în anii 1900. Principiul de operare este acelaşi ca la acumulatorul cu

plumb cu excepţia faptului că electrodul negativ este din fier, cel pozitiv din oxid

de nichel, iar electrolitul este o soluţie de hidroxid de potasiu. Elementul cu

nichel-fier are dezavantajul de a pierde hidrogen în stare gazoasă în timpul

încărcării. Această baterie este folosită mai ales în aplicaţiile industriei grele.

Bateria Edison are o viaţă activă de circa 10 ani şi produce aproximativ 1.15V.

3

Un alt element alcalin asemănător cu bateria Edison este elementul nichel-

cadmiu, sau bateria cu cadmiu, în care electrodul de fier este înlocuit de unul din

cadmiu. Şi el produce circa 1.15V şi are o viaţă activă de aproximativ 25 de ani.

Au fost proiectate numeroase tipuri noi de baterii pentru a fi folosite la

vehiculele electrice. S-au dezvoltat variante îmbunătăţite de baterii de acumulare

convenţionale pentru automobilele electrice, dar ele suportă încă dezavantajele

unor preţuri ridicate, ale formelor masive sau ale unor probleme de mediu.

4. Bateria solară

Bateriile solare produc electricitate prin procese de convertire fotoelectrice.

Sursa de electricitate este o substanţă semiconductoare fotosenzitive cum ar fi

siliconul de cristal la care s-au adăugat impurităţi. Când cristalul intră în contact

cu lumina, electronii sunt dislocaţi de pe suprafaţa cristalului şi migrează către

suprafaţa opusă. Acolo ei se grupează, formând curent electric. Bateriile solare au

o viaţă activă lungă şi sunt folosite cu preponderenţă la navele spaţiale ca sursă de

electricitate pentru uzul echipamentului de bord.

4