baterija, koji je zapravo električna ćelija, uređaj je koji proizvodi električnu energiju kemijskim reakcijama. Strogo govoreći, baterija se sastoji od dvije ili više ćelija spojenih u seriju ili paralelno, ali taj se naziv obično koristi za jednu ćeliju. Stanica se sastoji od negativne elektrode; elektrolit koji vodi ione; separator, također ionski vodič; i pozitivna elektroda. elektrolita može biti vodeni (sastavljen od vode) ili nevodni (nije sastavljen od vode), u tekućem, tijestu ili čvrstom obliku. Kad je stanica spojena na vanjsko opterećenje ili uređaj koji se napaja, negativna elektroda daje struju elektrona koja teče kroz opterećenje i prihvaća ih pozitivna elektroda. Kada se ukloni vanjsko opterećenje, reakcija prestaje.
Primarna baterija je ona koja može pretvoriti svoje kemikalije u električnu energiju samo jednom i tada je treba odbaciti. Sekundarna baterija ima elektrode koje se mogu rekonstituirati propuštanjem električne energije natrag kroz nju; koja se naziva i skladišnom ili punjivom baterijom, može se koristiti više puta.
Ova baterija koristi nikl oksid u svojoj pozitivnoj elektrodi (katodi), kadmij u negativnoj elektrodi (anodi) i otopinu kalijevog hidroksida kao svoj elektrolit. Nikal-kadmijeva baterija je punjiva, pa može ponavljati ciklus. Nikal-kadmijeva baterija pretvara kemijsku energiju u električnu energiju nakon pražnjenja i pretvara električnu energiju u kemijsku energiju nakon ponovnog punjenja. U potpuno ispražnjenoj NiCd bateriji katoda sadrži nikl hidroksid [Ni (OH) 2] i kadmij hidroksid [Cd (OH) 2] u anodi. Kad se baterija napuni, kemijski se sastav katode transformira, a nikal-hidroksid mijenja u oksihidroksid nikla [NiOOH]. U anodi kadmij hidroksid se pretvara u kadmij. Kako se baterija prazni, proces se obrće, kao što je prikazano u sljedećoj formuli.
Nikal-vodikova baterija može se smatrati hibridom između nikal-kadmijeve baterije i gorivne ćelije. Kadmijska elektroda zamijenjena je elektrodom vodikova plina. Ova se baterija vizualno puno razlikuje od nikal-kadmijeve baterije jer je stanica tlačna posuda, koja mora sadržavati preko tisuću funti po kvadratnom inču (psi) vodikovog plina. Znatno je lakši od nikal-kadmija, ali ga je teže pakirati, slično kao sanduk s jajima.
Nikal-vodikove baterije ponekad se zbunjuju s Nickel-Metal Hydride baterijama, baterijama koje se obično nalaze u mobitelima i prijenosnim računalima. Nikal-vodik, kao i nikal-kadmijeve baterije koriste isti elektrolit, otopinu kalijevog hidroksida, koji se uobičajeno naziva lug.
Poticaji za razvoj nikl / metal-hidridnih baterija (Ni-MH) dolaze iz gorućih briga o zdravlju i okolišu kako bi se pronašli zamjene za nikl / kadmij punjive baterije. Zbog sigurnosnih zahtjeva radnika, prerada kadmija za baterije u SAD-u je već u fazi ukidanja. Nadalje, zakoni koji se odnose na zaštitu okoliša za devedesete i 21. stoljeće najvjerojatnije će nužno smanjiti upotrebu kadmija u baterijama za potrošačke potrebe. Unatoč tim pritiscima, pored baterija s olovnom kiselinom, nikl / kadmij baterija i dalje ima najveći udio na tržištu punjivih baterija. Daljnji poticaji za ispitivanje baterija na bazi vodika dolaze iz općeg uvjerenja da će se vodik i struja istisnuti i na kraju zamijeniti značajan je dio doprinosa energetskih resursa koji nose energiju i postaje temelj održivog energetskog sustava temeljenog na obnovljivim izvorima energije izvori. Konačno, postoji znatan interes za razvoj Ni-MH baterija za električna i hibridna vozila.
KOH elektrolit može transportirati samo OH-ione i, za uravnoteženje transporta naboja, elektroni moraju kružiti kroz vanjsko opterećenje. Nikalna oksi-hidroksidna elektroda (jednadžba 1) opsežno je istražena i okarakterizirana, a njezina primjena široko je dokazana i za zemaljsku i za zrakoplovnu primjenu. Većina trenutnih istraživanja baterija Ni / Metal Hydride uključivala je poboljšanje performansi metal hidridne anode. Konkretno, ovo zahtijeva razvoj hidridne elektrode sa sljedećim karakteristikama: (1) dugo radni vijek ciklusa, (2) veliki kapacitet, (3) visoka brzina napunjenosti i pražnjenja pri konstantnom naponu i (4) zadržavanje kapacitet.
Ti se sustavi razlikuju od svih prethodno spomenutih baterija po tome što se u elektrolitu ne koristi voda. Umjesto toga, koriste se nevodni elektrolit koji se sastoji od organskih tekućina i litijevih soli za osiguranje ionske vodljivosti. Ovaj sustav ima puno veće napone u stanici od vodenih sustava elektrolita. Bez vode se eliminira nastajanje plinova vodika i kisika i stanice mogu raditi sa mnogo širim potencijalima. Oni također zahtijevaju složeniju montažu, jer se mora izvesti u gotovo savršeno suhoj atmosferi.
Brojne baterije koje se ne mogu puniti prvo su razvijene s litijevim metalom kao anodom. Komercijalne ćelije kovanica za današnje baterije uglavnom su litijska kemija. Ovi sustavi koriste različite katodne sustave koji su dovoljno sigurni za upotrebu. Katode su izrađene od različitih materijala, poput ugljičnog monoflourida, bakrovog oksida ili vanadij-pentoksida. Svi sustavi s čvrstim katodama ograničeni su u brzini pražnjenja koju će podržavati.
Da bi se postigla veća brzina pražnjenja, razvijeni su sustavi s tečnim katodama. Elektrolit je reaktivan u tim izvedbama i reagira na poroznoj katodi koja osigurava katalitička mjesta i skupljanje električne struje. Nekoliko primjera ovih sustava uključuju litij-tionil-klorid i litij-sumporni dioksid. Ove se baterije koriste u svemiru i za vojne potrebe, kao i za hitne svjetionike na zemlji. Obično nisu dostupni javnosti jer su manje sigurni od čvrstih katodnih sustava.
Sljedeći korak u tehnologiji litij-ionskih baterija smatra se litij-polimernom baterijom. Ova baterija zamjenjuje tekući elektrolit ili geliranim elektrolitom ili pravim čvrstim elektrolitom. Te bi baterije trebale biti čak i lakše od litij-ionskih baterija, ali trenutno ne planira letjeti ovu tehnologiju u svemir. Također nije uobičajeno dostupan na komercijalnom tržištu, iako je možda negdje iza ugla.
Retrospektivno smo prešli dug put od pukotine baterija baterije iz šezdesetih, kad se rodio svemirski let. Na raspolaganju je širok raspon rješenja za ispunjenje mnogih zahtjeva svemirskog leta, 80 ispod nule do visokih temperatura solarne muhe. Moguće je podnijeti veliko zračenje, desetljeća rada i opterećenja koja dosežu desetke kilovata. Nastavit će se kontinuirana evolucija ove tehnologije i stalna težnja ka poboljšanim baterijama.