Ireki menu nagusia

Bateria elektriko

Energia elektrikoa energia kimiko bihurtzen duena, azken hau behar ez den bitartean gordez edo metatuz, eta erabiltzerakoan elektriko bihurtuz
Bateria mota ezberdinak

Bateria elektrikoak zelula elektrokimiko batez baino gehiagoz osaturiko gailuak dira eta metaturiko energia kimikoa, korronte elektrikoa bihurtzen dute. Bateria elektrikoak kanpo konexioen bidez karga transferitzen dieten gailu elektronikoei, hala nola, linternak, smartphoneak eta ibilgailu elektrikoak. Bateria batek karga transferitzen duenean, bere terminal positiboari katodoa deritzo, eta negatiboari anodo. Bateria beste gailu bati atxikitzen zaionean, energia altuko erreaktiboak, energia baxuko produktu bilakatzen ditu erredox prozesu baten bidez.

Eduki-taula

BateriakAldatu

Primarioak eta sekundarioakAldatu

Bateria elektrikoak primario edo sekundario gisa sailka daitezke:

  • Bateria primarioak deskargatuak izan arte erabiltzeko diseinaturik daude. Bere erreakzioak itzulezinak dira, beraz, ezin dira birkargatu.
  • Bateria sekundarioak birkarga daitezke. Erreakzioak itzulgarriak direnez, korronte elektrikoa aplikatuz gero, hasierako produktuak lor ditzakegu.

Baterien ezaugarriakAldatu

Honako hauek dira bateria batek dituen ezaugarriak:

1) MotaAldatu

Bateriak primario eta sekundario gisa sailka daitezke.

2) TentsioaAldatu

 
Bateriaren potentzial-diferentzia neurtzeko gailua

Baterien potentzial-diferentzia teorikoa, serie elektrokimikoen bidez determina daiteke Eº balioak erabiliz:

Eº (bateria) = Eº (katodoa) – Eº (anodoa)

Honako kalkulu honekin, potentzial-diferentzia estandarra kalkulatzen da. Balio teoriko hau Nernst-en ekuazioaren bidez aldatua da, zeinak erreaktiboen kantitate ez-estandarrak hartzen dituen kontuan. Nernsten potentziala aldatuz joango da bateria deskargatzen doan heinean, erreaktiboen kontzentrazioa aldatuz doalako.

3) Deskarga-kurbaAldatu

Deskarga-kurbak potentzial-aldaketaren araberako kurba da, deskargaturiko kapazitatearekiko adierazten dena. Deskarga-kurba laua potentziala konstante mantentzen denaren seinale da.

4) KapazitateaAldatu

Bateria baten kapazitate-teorikoa erreakzio elektrokimiko batean parte-hartzen duen elektrizitate kantitatea da. Q bidez adierazten da, ondorengo ekuazioaren bidez:

 

non, x = erreakzioan parte-harturiko molak diren, n = erreakzioan zehar transferitutako elektroi kopurua erreaktiboaren moleko eta F = Faradayren konstantea.

Kapazitatea orokorrean masa unitatetan adierazten da, eta ez moletan, hurrengo ekuazioa jarraituz:

 

non Mr = Masa molekularra den. Kapazitatea Ampère-ordu gramoko adierazten da (A·h/g).

5) Energia dentsitateaAldatu

Energia dentsitatea bateria bakoitzeko zelula bakoitzak sorturiko energia da (bolumen unitateko).

6) Tenperaturarekiko dependentziaAldatu

Erreakzioaren etekina zinetikaren araberakoa da, zeinak tenperaturaren menpekotasuna duen. Barne-erresistentzia tenperaturaren menpekoa da ere; tenperatura baxuek barne-erresistentzia altua dute. Tenperatura baxuetan, elektrolitoa izoztu daiteke potentzial baxuagoa emanez, ioien mugimendua murriztua delako. Tenperatura altuetan konposatu kimikoak deskonposa daitezke, edo albo-erreakzioak aktibatu daitezke, kapazitatea murriztuz.

7) Bizitza-denboraAldatu

Bateria baten bizitza denbora karga/deskarga kopuruaren arabera sailkatzen dira, muga gisa bateriaren kapazitatea %80ra erortzean determinatzen dena. Orokorrean, 500 eta 1200 ziklo bitartean burutzen dituzte.

Baterien bizitza-denborak behera egin dezake ondorengo arrazoiak direla medio:

  • Gainkarga
  • Gaindeskarga
  • Zirkuitu laburren presentzia
  • Diseinaturik dagoena baino korronte gehiago aplikatzea
  • Tenperatura bortitzak nabaritzea

8) KostuaAldatu

Honek, bateriaren hasierako kostua bera, eta birkargatze eta mantentze-lanak ditu tartean.

Bateria MotakAldatu

Pb bateriakAldatu

Gaston Planté fisikari frantsesak berunezko bateria 1859. urtean sortu egin zuen. Birkargatu daitekeen bateriarik zaharrena izanda, energia-pisu ratio eta energia-bolumen ratio txarrak dauzka. Hala ere, gaur egun kotxeetako baterietan erabiltzen da korronte altuak aplikatzeko karga espezifiko nahiko ona daukalako. Anodoa berunezkoa izanda eta katodoa berun (IV) oxidozkoa izanda, hurrengo erredox erreakzioak gertatzen dira energia elektrikoa sortzeko:

 

 

Pb baterien ezaugarriak
Energia espezifikoa 33–42 W·h/kg
Energia dentsitatea 60–110 W·h/L
Karga espezifikoa 180 W/kg
Karga/deskarga eraginkortasuna 50–95%
Ziklo kopurua <350 ziklo
Boltajea 2,1 V

Nikel-kadmio bateriakAldatu

Nikel-kadmio bateriak birkargatu ahal diren bateria mota dira. Anodoa kadmio metalezkoa eta katodoa nikel oxido hidroxidozkoa da. Nahiz eta energia espezifikoa eta energia dentsitate baxuak izan, ziklo kopuru nahiko altua daukan bateria mota da. Hala ere, Europar Batasunean baterien hauen erabilpena debekatuta dago baldintza normaletan kadmioaren kaltegarritasunagatik ingurumenean. Hurrengo erredox erreakzioak hartzen dute parte:

 

 

NiCd baterien ezaugarriak
Energia espezifikoa 40–60 W·h/kg
Energia dentsitatea 50–150 W·h/L
Karga espezifikoa 150 W/kg
Karga/deskarga eraginkortasuna 70–90%
Ziklo kopurua 2000 ziklo
Boltajea 1,2 V

Nikel-burdina bateriakAldatu

Nikel-burdin bateriak sekundarioak dira, hau da, birkargatu ahal dira. Energia espezifiko eta energia dentsitate hain baxuak izateak eramangarritasuna zailtzen du, bolumen eta masa handiak behar baitira energia esanguratsua lortzeko. Hala ere, bizitza-denbora ez dago karga-deskarga zikloen menpean. Anodoa burdinazkoa eta katodoa nikel(III) oxidozkoa izanda, hurrengo erreakzioak gertatzen dira bateria mota hauetan:

 

 

NiFe baterien ezaugarriak
Energia espezifikoa 19–25 W·h/kg
Energia dentsitatea 30 W·h/L
Karga espezifikoa 100 W/kg
Karga/deskarga eraginkortasuna <65%
Ziklo kopurua Eraginik ez
Boltajea 1,2 V

Litiozko bateriakAldatu

 
Litiozko bateriaren funtzionamenduaren eskema

Litio metalikozko bateriak primarioak dira, hau da, ezin dira birkargatu. Energia espezifiko eta energia dentsitate altuko bateriak dira, baita boltaje altukoak ere erabilitako erreaktibo kimikoen arabera. Anodoa litio metalikozkoa da eta katodoa manganeso(IV) oxidozkoa. Hurrengo erreakzioak pairatzen ditu energia kimikoa energia elektrikoa bihurtzeko:

 

 

Li baterien ezaugarriak
Energia espezifikoa 280 W·h/kg
Energia dentsitatea 580 W·h/L
Boltajea 3,3 V

Li+ ioizko bateriakAldatu

Litio iozko bateriak (LIB moduan laburtuta) bateria sekundarioak dira. Bateria mota hauek energia espezifikoa, energia dentsitate, ziklo kopuru eta karga espezifiko altuak aurkezten ditu. Beraz, gaur egun erabilienetarikoa da mugikorren bateriak egiteko. Gainera, bateria hauek aplika dezaketen boltajea katodoaren materialaren araberakoa da. Anodoa grafitozkoa da eta katodoa LiFePO4-zkoa edo LiNiMnCoO2-zkoa izan daiteke zeintzuk 3,2 V eta 3,7 V-tako boltajeak aplikatzen duten hurrenez hurren. Hurrengo erreakzioek hartzen dute parte bateria hauetan:

 

 

Li+ iozko baterien ezaugarriak
Energia espezifikoa 100-265 W·h/kg
Energia dentsitatea 250-693 W·h/L
Karga espezifikoa ~250-~340 W/kg
Karga/deskarga eraginkortasuna 80–90%
Ziklo kopurua 400-1200 ziklo
Boltajea LiFePO4 3,2 V

LiNiMnCoO2 3,7 V

Sodiozko bateriakAldatu

Sodiozko bateriak bateria sekundarioak dira, hau da, birkargatu ahal diren bateriak dira. Litio ioizko bateriak baino merkeagoak dira, erabiltzen diren sodio gatzak litioarenak baino askoz ugariagoak direlako. Horrela, kostu-eraginkortasun erlazio oneko bateriak lortzen dira baldin eta masa eta energia dentsitatea garrantzi handirik ez badute. Normalean, energia berriztagarrietatik lortutako energia biltegiratzeko erabiltzen dira, zeren eta guztiz deskargatu ahal diren bateriaren materialak kaltetu barik. Bateria hauetan anodoa desordenatutako karbonozkoa da eta katodoa sodio gatzarena, adibidez, NaNi0,5Mn0,5O2-zkoa. Hurrengo erreakzioek hartzen dute parte:

 

 

Na-zko baterien ezaugarriak
Energia espezifikoa 90-115 W·h/kg
Karga/deskarga eraginkortasuna ~97%
Ziklo kopurua 2000 ziklo
Boltajea 3,6 V

Erregai zelulakAldatu

Erregai-zelulak zelula elektrokimikoak dira zeintzuk erregai baten energia kimikoa energia elektrikoa bihurtzen duten erreakzio elektrokimiko batez baliatuz. Erregai-zelulak baterietatik desberdintzen dira zeren eta erregai bat behar duten denbora osoan energia ekoizteko. Erregai-zelulek, beraz, energia elektrikoa jarraian sor dezakete baldin eta erregaia eta oxidatzailea fluxu jarraian elikatzen badira. Gaur egun hogeita hiru erregai-zelula ezberdin daude bakoitzak tenperatura tarte batean lan egiten duelarik. Nahiz eta gehienak ikerketa fasean aurkitzen diren, zuzeneko borohidrurozko erregai-zelulak eta Zn-airezko bateriak komertzializatu egin dira.

Zink-airezko bateriakAldatu

Zn-airezko bateriak metal-airezko bateriak dira, non zinka oxidatzen den airean dagoen oxigenoarekin. Bateria mota hauek energia dentsitate oso altuak dituzte eta energia espezifiko altua ere bai. Hala ere, ezin dira eramangarriak izan tenperatura altuak behar baitira lan egin ahal izateko. Anodoa zink metalikozkoa izanda eta katodoa CoO-zkoa izanda karbonozko nanotutuekin, hurrengo erredox erreakzioak pairatzen dira:

 

 

Zn-airezko baterien ezaugarriak
Energia espezifikoa 470 W·h/kg
Energia dentsitatea 1480-9780 W·h/L
Karga espezifikoa 100 W/kg
Boltajea 1,65 V

Erregai oxido solidozko zelulak (SOFC)Aldatu

Erregai oxido solidozko zelulak (SOFC, ingelesez Solid Oxide Fuel Cell), ingurumenarekiko garbiak diren erregai-zelulak dira. Erregai-zelula honetan, erregaia hidrogenoa da eta hau oxidatuz ura eta elektrizitatea lortzen dira. Hala ere, ezin da eramangarria izan zeren eta funtzionatzeko 600 °C-tako tenperatura behar duen. Gainera, oraindik garapen-prozesuan daude. Anodoa material zeramikozkoa da eta katodoa airezkoa da, hurrengo erreakzioak gertatuz: