Dlaczego istnieją różne kształty i rozmiary typów baterii? – Wiadomości z ostatniej chwili dotyczące nauki i technologii

Od małych, okrągłych i płaskich baterii po popularne baterie cylindryczne AA i AAA, w naszych urządzeniach (prawdopodobnie głęboko w szufladzie) mamy szeroką gamę baterii.

Według chipa nie są to jedyne rzeczy, które przychodzą na myśl, gdy myślimy o bateriach. Nie zapominajmy, że w laptopach, a nawet samochodach istnieje wiele różnych rodzajów baterii z różnymi typami i rozmiarami baterii? Aby zrozumieć, dlaczego te różne typy baterii są dostępne w tak wielu różnych rozmiarach i kształtach oraz służą tak wielu celom, musimy przyjrzeć się pochodzeniu baterii i ich ewolucji na przestrzeni lat.

Pierwsze baterie

Pierwsze baterie powstały w XIX wieku i były bardzo proste. Jedną z pierwszych demonstracji była seria metalowych krążków zanurzonych w słonej wodzie, których włoski naukowiec Alessandro Volta użył do wytworzenia prądu elektrycznego. Pierwszy akumulator kwasowo-ołowiowy (podobnie jak ten stosowany obecnie w akumulatorach samochodowych) został wykonany z kilku kawałków ołowiu w słoiku z kwasem siarkowym. Można powiedzieć, że współczesne wersje nie różnią się zasadniczo od tych. Posiadają oczywiście różne dodatki zwiększające ich skuteczność.

Jak działają baterie?

We wszystkich przypadkach baterie działają w ten sam sposób: różnica napięcia między dwiema różnymi elektrodami wytwarza prąd elektryczny, który może zostać rozładowany w celu zasilania urządzenia. Akumulatory odwracają ten prąd podczas ładowania. Prądowi wewnątrz akumulatora towarzyszy przepływ jonów przez elektrolit, czyli ciecz.

Przepływowi każdego elektronu w prądzie towarzyszy transport jonu przez elektrolit. Elektrody, które mogą przechowywać więcej jonów, pomagają tworzyć akumulatory, które mogą utrzymać większy ładunek, a zatem działają dłużej na jednym ładowaniu. Elektrody zaprojektowane do szybkiego magazynowania jonów umożliwiają szybkie rozładowywanie akumulatorów do zastosowań wymagających dużej mocy. Wreszcie, możliwość wielokrotnego ładowania i rozładowywania bez awarii zapewnia długą żywotność akumulatorów.

Akumulator kwasowo-ołowiowy był pierwszym akumulatorem wynalezionym w 1859 roku przez Gastona Plante, który eksperymentował z płytkami ołowiowymi w roztworze kwasu i odkrył, że przepływ i magazynowanie prądu można odwrócić.

Akumulator kwasowo-ołowiowy musi być wystarczająco duży, aby zapewnić wystarczającą ilość ładunku do uruchomienia samochodu. Można go stosować również w chłodne dni i wystarcza na lata. Ponieważ elektrolit jest żrącym kwasem, powłoka zewnętrzna musi pozostać nienaruszona, aby chronić ludzi i części pojazdu przed potencjalnymi uszkodzeniami. Z tych wszystkich powodów nowoczesne akumulatory kwasowo-ołowiowe mają być duże i ciężkie.

Z kolei urządzenia gospodarstwa domowego, takie jak kalkulatory i wagi cyfrowe, mogą korzystać z mniejszych baterii, ponieważ nie wymagają dużego ładowania. Są to w zasadzie jednorazowe baterie alkaliczne, które wytrzymują dziesięciolecia. Standaryzowane rozmiary ogniw obejmują baterie AAAA, AAA, AA, C i D, a także baterie guzikowe i pastylkowe oraz wiele innych opcji. Rozmiary zależą od ilości ładunku, jaki przechowują (im większa bateria, tym więcej mieści) i wielkości zasilanych przez nie urządzeń.

Niektóre baterie alkaliczne, takie jak baterie 9-woltowe, mogą być również sprzedawane w kształtach prostokątnych, ale jeśli otworzysz ich zewnętrzną obudowę, przekonasz się, że mają w środku wiele połączonych ze sobą cylindrycznych ogniw. Baterie cylindryczne istnieją już od tak dawna i są tak szeroko stosowane, że nie ma sensu, aby firmy tworzyły coś innego. Żadna firma nie chce dokonywać niezbędnych inwestycji, aby niepotrzebnie wymieniać zakłady produkcyjne.

Baterie niklowo-kadmowe były pierwszymi akumulatorami szeroko stosowanymi w elektronice domowej i cieszyły się popularnością do końca XX wieku. Jednak największym problemem związanym z tymi akumulatorami było to, że kadm był wysoce toksyczny, a akumulatory te miały „efekt pamięci”, który skracał ich żywotność.

Wypełniacz litowo-jonowy

Potencjalne wykorzystanie litu w celu ponownego ładowania istnieje już od dziesięcioleci ze względu na jego wyjątkowe właściwości jako lekkiego metalu, który magazynuje dużo energii. Firma Sony po raz pierwszy wprowadziła na rynek baterię litowo-jonową w 1991 roku.

Firma wyprodukowała baterie cylindryczne, ponieważ był to najłatwiejszy sposób ich produkcji. W latach 90. firma Sony produkowała wiele kamer i taśm, więc było dużo sprzętu do produkcji typu „roll-to-roll”. Jest rzeczą naturalną, że sprzęt ten jest ponownie wykorzystywany do wytwarzania rolek elektrod akumulatorowych, wytwarzanych poprzez odlewanie folii na blachach miedzianych lub aluminiowych, a następnie nawijanie ich w cylinder typu „jelly roll”.

Gruba obudowa tych cylindrycznych ogniw jest wytrzymała mechanicznie i posiadają one ciśnieniowy zawór bezpieczeństwa, który stanowi dodatkową warstwę ochronną. Te pierwsze akumulatory litowo-jonowe szybko podbiły rynek elektroniki przenośnej, zwłaszcza laptopów i telefonów komórkowych, ponieważ magazynowały więcej energii i działały dłużej niż akumulatory niklowo-kadmowe.

Krótko mówiąc, baterie są produkowane w określonych rozmiarach i kształtach ze względu na koszty i produktywność, ale w niektórych przypadkach konwencjonalne procesy produkcyjne również odgrywają rolę w ich kształtach. Producenci urządzeń mogą wybrać konkretny typ baterii w oparciu o wymagania dotyczące zasilania swoich urządzeń.