EN batteri, som faktisk er en elektrisk celle, er en enhet som produserer strøm fra en kjemisk reaksjon. Strengt tatt består et batteri av to eller flere celler koblet i serie eller parallelt, men betegnelsen brukes vanligvis om en enkelt celle. En celle består av en negativ elektrode; en elektrolytt, som leder ioner; en separator, også en ioneleder; og en positiv elektrode. De elektrolytt kan være vandig (sammensatt av vann) eller ikke-vandig (ikke sammensatt av vann), i flytende, pasta eller fast form. Når cellen er koblet til en ekstern belastning, eller enhet som skal drives, forsyner den negative elektroden en strøm av elektroner som strømmer gjennom belastningen og blir akseptert av den positive elektroden. Når den eksterne belastningen fjernes, opphører reaksjonen.
Et primærbatteri er et som kan konvertere kjemikaliene til elektrisitet bare en gang og da må kastes. Et sekundært batteri har elektroder som kan rekonstitueres ved å føre strøm tilbake gjennom det; også kalt et lagrings- eller oppladbart batteri, kan det gjenbrukes mange ganger.
Dette batteriet bruker nikkeloksid i sin positive elektrode (katode), en kadmiumforbindelse i sin negative elektrode (anode) og kaliumhydroksydoppløsning som dens elektrolytt. Nikkel-kadmiumbatteriet er oppladbart, så det kan sykle gjentatte ganger. Et nikkelkadmiumbatteri konverterer kjemisk energi til elektrisk energi ved utladning og konverterer elektrisk energi tilbake til kjemisk energi ved lading. I et helt utladet NiCd-batteri inneholder katoden nikkelhydroksyd [Ni (OH) 2] og kadmiumhydroksyd [Cd (OH) 2] i anoden. Når batteriet er ladet, transformeres den kjemiske sammensetningen av katoden, og nikkelhydroksidet endres til nikkeloksyhydroksid [NiOOH]. I anoden transformeres kadmiumhydroksyd til kadmium. Når batteriet er utladet, blir prosessen reversert, som vist i følgende formel.
Nikkel-Hydrogen-batteriet kan betraktes som en hybrid mellom nikkel-kadmium-batteriet og brenselcellen. Kadmiumelektroden ble erstattet med en hydrogengasselektrode. Dette batteriet er visuelt mye forskjellig fra Nickel-Cadmium-batteriet fordi cellen er et trykkbeholder, som må inneholde over en tusen kilo per kilo tomme hydrogengass. Det er betydelig lettere enn nikkel-kadmium, men er vanskeligere å pakke, omtrent som en kasse med egg.
Nikkel-hydrogenbatterier forveksles noen ganger med nikkel-metallhydrid-batterier, batteriene som ofte finnes i mobiltelefoner og bærbare datamaskiner. Nikkel-hydrogen, så vel som nikkel-kadmium-batterier bruker den samme elektrolytten, en løsning av kaliumhydroksyd, som ofte kalles lut.
Insentiver for å utvikle nikkel / metallhydrid (Ni-MH) -batterier kommer fra å presse helse- og miljøhensyn for å finne erstatninger for oppladbare nikkel / kadmium-batterier. På grunn av arbeidstakernes sikkerhetskrav er behandling av kadmium for batterier i USA allerede i ferd med å fases ut. Videre vil miljølovgivningen for 1990- og 2000-tallet sannsynligvis gjøre det viktig å begrense bruken av kadmium i batterier til forbrukerbruk. Til tross for disse trykkene, ved siden av bly-syre-batteriet, har nikkel / kadmium-batteriet fremdeles den største andelen av det oppladbare batterimarkedet. Ytterligere insentiver for å undersøke hydrogenbaserte batterier kommer fra den generelle troen på at hydrogen og elektrisitet vil fortrenge og til slutt erstatte en betydelig brøkdel av energibærende bidrag fra fossile brenselressurser, og blir grunnlaget for et bærekraftig energisystem basert på fornybar kilder. Endelig er det betydelig interesse for utvikling av Ni-MH-batterier for elektriske kjøretøyer og hybridbiler.
KOH-elektrolytten kan bare transportere OH-ionene, og for å balansere ladetransporten, må elektronene sirkulere gjennom den ytre belastningen. Nikkeloksy-hydroksydelektroden (ligning 1) har blitt grundig undersøkt og karakterisert, og dens anvendelse har blitt demonstrert i utstrakt grad for både landbaserte og romfarlige anvendelser. Det meste av den nåværende forskningen på Ni / Metal Hydride-batterier har involvert å forbedre ytelsen til metallhydridanoden. Spesielt krever dette utvikling av en hydridelektrode med følgende egenskaper: (1) lang syklusens levetid, (2) høy kapasitet, (3) høy ladningshastighet og utladning ved konstant spenning, og (4) retensjon kapasitet.
Disse systemene er forskjellige fra alle de tidligere nevnte batteriene, ved at det ikke brukes vann i elektrolytten. De bruker i stedet en ikke-vandig elektrolytt, som er sammensatt av organiske væsker og salter av litium for å gi ionisk ledningsevne. Dette systemet har mye høyere cellespenninger enn de vandige elektrolyttsystemene. Uten vann elimineres utviklingen av hydrogen og oksygengasser og celler kan operere med mye større potensial. De krever også en mer kompleks montering, da det må gjøres i en nesten perfekt tørr atmosfære.
En rekke ikke-oppladbare batterier ble først utviklet med litiummetall som anode. Kommersielle myntceller som brukes til dagens urbatterier er stort sett en litiumkjemi. Disse systemene bruker en rekke katodesystemer som er trygge nok for bruk fra forbrukerne. Katodene er laget av forskjellige materialer, for eksempel karbonmonoflourid, kobberoksyd eller vanadiumpentoksyd. Alle faste katodesystemer er begrenset i utslippshastigheten de vil støtte.
For å oppnå en høyere utladningshastighet ble flytende katodesystemer utviklet. Elektrolytten er reaktiv i disse utførelsene og reagerer ved den porøse katoden, som gir katalytiske steder og elektrisk strøminnsamling. Flere eksempler på disse systemene inkluderer litium-tionylklorid og litium-svoveldioksid. Disse batteriene brukes i verdensrommet og til militære bruksområder, så vel som for nødpeiler på bakken. De er vanligvis ikke tilgjengelige for publikum fordi de er mindre trygge enn de solide katodesystemene.
Det neste trinnet i litiumionbatterieteknologi antas å være litiumpolymerbatteriet. Dette batteriet erstatter den flytende elektrolytten med enten en gelert elektrolytt eller en ekte fast elektrolytt. Disse batteriene skal visstnok være enda lettere enn litiumionbatterier, men det er foreløpig ingen planer om å fly denne teknologien i verdensrommet. Det er heller ikke ofte tilgjengelig i det kommersielle markedet, selv om det kan være rett rundt hjørnet.
I ettertid har vi kommet langt siden det lekker lommelykt batterier fra sekstitallet, da romfarten ble født. Det er et bredt spekter av løsninger tilgjengelig for å dekke de mange kravene til romflukt, 80 under null til de høye temperaturene på en solfluga. Det er mulig å håndtere massiv stråling, tiår med service og belastninger som når titalls kilowatt. Det vil være en fortsatt utvikling av denne teknologien og en kontinuerlig strebe mot forbedrede batterier.