EN batteri, som faktisk er en elektrisk celle, er en enhed, der producerer elektricitet fra en kemisk reaktion. Strengt taget består et batteri af to eller flere celler, der er forbundet i serie eller parallelt, men udtrykket bruges generelt til en enkelt celle. En celle består af en negativ elektrode; en elektrolyt, der leder ioner; en separator, også en ionleder; og en positiv elektrode. Det elektrolyt kan være vandig (sammensat af vand) eller ikke-vandig (ikke sammensat af vand), i flydende, pasta eller fast form. Når cellen er forbundet til en ekstern belastning, eller en enhed, der skal drives, leverer den negative elektrode en strøm af elektroner, der strømmer gennem belastningen og accepteres af den positive elektrode. Når den ydre belastning fjernes, ophører reaktionen.
Et primært batteri er et, der kun kan konvertere dets kemikalier til elektricitet en gang og derefter skal kasseres. Et sekundært batteri har elektroder, der kan rekonstitueres ved at føre elektricitet tilbage gennem det; kaldet et opbevarings- eller genopladeligt batteri, kan det genbruges mange gange.
Dette batteri bruger nikkeloxid i sin positive elektrode (katode), en cadmiumforbindelse i dens negative elektrode (anode) og kaliumhydroxidopløsning som dens elektrolyt. Nikkel-kadmiumbatteriet er genopladeligt, så det kan cyklus gentagne gange. Et nikkelcadmiumbatteri konverterer kemisk energi til elektrisk energi ved udladning og konverterer elektrisk energi tilbage til kemisk energi ved opladning. I et fuldt udladet NiCd-batteri indeholder katoden nikkelhydroxid [Ni (OH) 2] og cadmiumhydroxid [Cd (OH) 2] i anoden. Når batteriet oplades, transformeres katodens kemiske sammensætning, og nikkelhydroxidet skifter til nikkeloxyhydroxid [NiOOH]. I anoden omdannes cadmiumhydroxid til cadmium. Når batteriet er afladet, vendes processen som vist i følgende formel.
Nickel-Hydrogen-batteriet kan betragtes som en hybrid mellem nikkel-cadmium-batteriet og brændselscellen. Cadmiumelektroden blev erstattet med en hydrogengaselektrode. Dette batteri er visuelt meget forskellig fra Nickel-Cadmium-batteriet, fordi cellen er et trykbeholdere, der skal indeholde over 1 tusinde kilo pr. Kvadrat tomme brintgas. Det er markant lettere end nikkel-cadmium, men er vanskeligere at pakke, ligesom en kasse med æg.
Nikkel-brint-batterier forveksles undertiden med nikkel-metalhydrid-batterier, de batterier, der ofte findes i mobiltelefoner og bærbare computere. Nikkel-brint samt nikkel-cadmium-batterier bruger den samme elektrolyt, en opløsning af kaliumhydroxid, der ofte kaldes lud.
Incitamenter til at udvikle nikkel / metalhydrid (Ni-MH) -batterier kommer fra at presse sundhedsmæssige og miljømæssige hensyn til at finde udskiftninger til genopladelige nikkel / cadmium-batterier. På grund af arbejdstagerens sikkerhedskrav er behandling af cadmium til batterier i USA allerede under udfasning. Endvidere vil miljølovgivningen i 1990'erne og det 21. århundrede sandsynligvis gøre det bydende nødvendigt at begrænse brugen af cadmium i batterier til forbrugerbrug. På trods af disse pres ved siden af bly-syre-batteriet har nikkel / cadmium-batteriet stadig den største andel af markedet for genopladeligt batteri. Yderligere incitamenter til at undersøge brintbaserede batterier kommer fra den generelle opfattelse af, at brint og elektricitet vil fortrænge og til sidst erstatte en en betydelig brøkdel af energibærende bidrag fra fossile brændstofressourcer og bliver fundamentet for et bæredygtigt energisystem baseret på vedvarende kilder. Endelig er der en betydelig interesse i udviklingen af Ni-MH-batterier til elektriske køretøjer og hybridbiler.
KOH-elektrolytten kan kun transportere OH-ioner, og for at afbalancere ladningstransporten skal elektroner cirkulere gennem den ydre belastning. Nikkeloxy-hydroxidelektroden (ligning 1) er blevet grundigt undersøgt og karakteriseret, og dens anvendelse er blevet demonstreret i vid udstrækning til både terrestriske applikationer og rumfartsanvendelser. Det meste af den aktuelle forskning i Ni / Metalhydrid-batterier har involveret forbedring af metalhydridanodens ydelse. Specifikt kræver dette udvikling af en hydridelektrode med følgende egenskaber: (1) lang cykluslevetid, (2) høj kapacitet, (3) høj ladningshastighed og afladning ved konstant spænding og (4) tilbageholdelse kapacitet.
Disse systemer er forskellige fra alle de tidligere nævnte batterier, idet der ikke anvendes vand i elektrolytten. De bruger i stedet en ikke-vandig elektrolyt, der består af organiske væsker og lithiumsalte for at tilvejebringe ionisk ledningsevne. Dette system har meget højere cellespændinger end de vandige elektrolytsystemer. Uden vand elimineres udviklingen af brint og iltgasser, og celler kan fungere med meget større potentialer. De kræver også en mere kompleks samling, da det skal gøres i en næsten perfekt tør atmosfære.
Et antal ikke-genopladelige batterier blev først udviklet med lithiummetal som anode. Kommercielle møntceller, der bruges til dagens urbatterier, er for det meste en lithiumkemi. Disse systemer bruger en række katodesystemer, der er sikre nok til forbrugers brug. Katoderne er lavet af forskellige materialer, såsom carbonmonoflourid, kobberoxid eller vanadiumpentoxid. Alle faste katodesystemer er begrænset i den udtømningshastighed, de vil understøtte.
For at opnå en højere udladningshastighed blev flydende katodesystemer udviklet. Elektrolytten er reaktiv i disse udformninger og reagerer ved den porøse katode, der tilvejebringer katalytiske steder og elektrisk strømopsamling. Flere eksempler på disse systemer inkluderer lithiumthionylchlorid og lithium-svovldioxid. Disse batterier bruges i rummet og til militære applikationer såvel som til nødbakker på jorden. De er generelt ikke tilgængelige for offentligheden, fordi de er mindre sikre end de faste katodesystemer.
Det næste trin i lithium-ion-batteriteknologi antages at være lithiumpolymerbatteriet. Dette batteri erstatter den flydende elektrolyt med enten en geleret elektrolyt eller en ægte fast elektrolyt. Disse batterier formodes at være endnu lettere end lithium-ion-batterier, men der er i øjeblikket ingen planer om at flyve denne teknologi i rummet. Det er heller ikke almindeligt tilgængeligt på det kommercielle marked, selvom det måske er lige rundt om hjørnet.
I eftertid er vi nået langt siden utæt lommelygte batterier fra tresserne, da rumflugt blev født. Der er en bred vifte af løsninger til rådighed for at imødekomme de mange krav til rumfart, 80 under nul til de høje temperaturer i en solfluga. Det er muligt at håndtere massiv stråling, årtiers service og belastninger, der når titusinder af kilowatt. Der vil være en fortsat udvikling af denne teknologi og en konstant stræben mod forbedrede batterier.