Світ, як ніколи раніше, працює на батареях. Багато речей, що ми використовуємо щодня – від годинника до автомобіля та телефона, на якому ви читаєте це зараз – живляться цими невеликими контейнерами для зберігання електроенергії, і часто це здається буденним.
Аж поки не трапляється найгірше: батарея розряджається. Адже, незважаючи на досконалий дизайн і тривалу роботу, кожна батарея має обмежений термін служби. Щоб зрозуміти, чому це відбувається, потрібно трохи розібратися, як взагалі працюють батареї.
Як працюють батареї?У загальних рисах, ми всі знаємо, для чого потрібні батареї: вони забезпечують електроенергію за вимогою, щоб можна було користуватися телефонами або іншими пристроями. Але як вони це роблять?
Насправді батарея – це не просто циліндр, наповнений електрикою. «Ви не можете зберігати електрику напряму, але можете зберігати електричну енергію в хімічних речовинах всередині батареї», пояснював Антуан Аланор, професор матеріалознавства та інженерії у MIT.
Незалежно від типу батареї, принцип завжди той самий: хімічна реакція переміщує заряджені частинки від одного терміналу – анода – до іншого,
що називається катодом. Наприклад, у літій-іонних батареях (які використовують у смартфонах чи електромобілях) катод зазвичай виготовлений з літієвих сполук, а анод – з графіту. У лужних батареях катод виготовляється з діоксиду марганцю, а анод – з цинку.
Під час підключення батареї до кола електрони рухаються по зовнішніх проводах, створюючи електричний заряд, тоді як іони проходять через електроліт, розділяючи анод і катод.
Чому батареї перестають працювати?Для лужних батарей причина їхньої несправності досить проста: коли закінчуються хімічні реактиви (наприклад, цинк повністю зреагував з діоксидом марганцю), батарея стає «пласкою». Після цього хімічні реакції припиняються – і батарея більше не функціонує.
Температура також впливає на термін служби батареї: при низьких температурах реакції сповільнюються, що знижує вироблення струму. При надто високих температурах літій-іонні батареї можуть перегріватися і входити в стан «теплового розгону», що може призвести до пожежі.
Батареї також втрачають заряд швидше, якщо в них є витік, що скорочує кількість реагентів. Крім того, низький заряд батареї призводить до швидшої втрати заряду через падіння напруги.
Що з перезаряджуваними батареями?У випадку перезаряджуваних батарей хімічна реакція може бути звернена назад. Коли електрони рухаються від катода до анода, батарея заряджається, а при зворотному русі – розряджається.
Незважаючи на це, перезаряджувані батареї з часом втрачають продуктивність через поступові зміни хімічної структури.
Останнє, але не менш важливе: батареї потрібно правильно утилізувати, оскільки вони можуть містити шкідливі метали, такі як ртуть або свинець, які можуть становити загрозу для здоров'я та навколишнього середовища.
