Kako funkcioniraju baterije i zašto se s vremenom troše

Kemijske reakcije: Srce svake baterije

Baterije su svakodnevni izvor energije za brojne uređaje koje koristimo, od daljinskih upravljača do pametnih telefona. Njihov rad temelji se na kemijskim reakcijama koje omogućuju pohranu i oslobađanje električne energije. Osnovni dijelovi svake baterije su anoda, katoda i elektrolit.

Anoda i katoda su dvije različite elektrode između kojih dolazi do prijenosa elektrona kroz vanjski krug, dok se u samoj bateriji ioni kreću kroz elektrolit. Kada spojimo bateriju na električni uređaj, pokreće se kemijska reakcija kojom se oslobađaju elektroni iz anode i putuju prema katodi, stvarajući električnu struju.

Ključ razumijevanja kako funkcioniraju baterije i zašto se s vremenom troše leži u prirodi tih kemijskih procesa. Tijekom pražnjenja baterije, kemijski spojevi u anodi i katodi reagiraju te, ovisno o vrsti baterije, nastaju novi kemijski proizvodi.

Primjerice, u alkalnim baterijama cink oksidira, dok se manganov dioksid reducira, što omogućuje protok elektrona. Te reakcije su reverzibilne kod punjivih baterija – kada ih punimo, električna energija pokreće reakcije unatrag, vraćajući elektrode u prvobitno stanje.

Međutim, ni najbolja kemijska reakcija nije savršena. S vremenom dolazi do promjena u materijalima elektroda i elektrolita, što smanjuje njihovu učinkovitost.

Na primjer, stvaranje neželjenih nusproizvoda ili nakupljanje slojeva na elektrodama može otežati prolazak iona i elektrona, te tako smanjiti sposobnost baterije da oslobađa energiju. Osim toga, elektrolit može postupno degradirati, što dodatno utječe na performanse baterije.

U konačnici, razumijevanje kako funkcioniraju baterije i zašto se s vremenom troše počiva upravo na zakonitostima kemijskih reakcija. Kroz svakodnevnu upotrebu, neizbježni kemijski i fizički procesi polako, ali sigurno, mijenjaju unutarnju strukturu baterije, ograničavajući njezinu sposobnost pohrane i isporuke energije.

Zašto kapacitet baterije opada s godinama?

S vremenom, svaka baterija gubi dio svog kapaciteta, odnosno sposobnosti da pohrani i isporuči energiju. Ovaj proces je rezultat brojnih čimbenika koji utječu na unutarnje komponente baterije.

Tijekom svakog ciklusa punjenja i pražnjenja, u bateriji se događaju kemijske promjene koje s vremenom dovode do nepovratnih oštećenja elektroda i gubitka učinkovitosti elektrolita. Jedan od glavnih razloga opadanja kapaciteta je stvaranje neželjenih nusprodukata na površini elektroda, što onemogućuje nesmetan protok iona unutar baterije.

Uz to, kod litij-ionskih baterija koje se danas najčešće koriste u prijenosnim uređajima, dolazi do stvaranja tankog sloja čvrstih spojeva na anodi, poznatog kao SEI (Solid Electrolyte Interphase). Iako taj sloj štiti anodu, on se s vremenom zgusne, čime preprečava efikasno kretanje iona i uzrokuje gubitak kapaciteta.

Osim toga, visoke temperature, duboko pražnjenje ili prenapunjavanje baterije dodatno ubrzavaju degradaciju materijala i pogoršavaju performanse.

Drugi važan čimbenik je i starenje materijala koje nije nužno povezano s brojem ciklusa. Čak i ako bateriju ne koristimo često, kemijske reakcije polako, ali sigurno uzrokuju promjene u strukturi elektroda i elektrolita.

To znači da čak i skladištenje novih ili malo korištenih baterija ne sprječava smanjenje njihova kapaciteta tijekom vremena.

Pitanje zašto kapacitet slabi također je usko povezano s načinom na koji baterija koristi i gubi svoje kemijske resurse. Kako funkcioniraju baterije i zašto se s vremenom troše, može se objasniti kroz sve ove procese degradacije, ali i činjenicu da niti jedna baterija nije dizajnirana za vječni rad. Konačno, razumijevanje tih procesa pomaže nam pravilno koristiti baterije i produljiti im životni vijek, iako je nemoguće potpuno izbjeći gubitak kapaciteta tijekom godina. Stoga, kako funkcioniraju baterije i zašto se s vremenom troše, ostaje ključno pitanje za razvoj novih, učinkovitijih izvora energije.

Kako funkcioniraju baterije i zašto se s vremenom troše

Baterije su neizostavan dio suvremenog života i omogućuju rad gotovo svih prijenosnih uređaja, od pametnih telefona do električnih automobila. Njihovo funkcioniranje temelji se na kontroliranim kemijskim reakcijama kojima se oslobađa električna energija potrebna za rad uređaja.

Tijekom rada, elektroni putuju s anode na katodu kroz vanjski električni krug, dok se ioni kreću unutar baterije kroz elektrolit. Ovaj proces omogućuje dobivanje električne energije u trenutku kada je to potrebno, a odvija se sve dok postoje pogodni kemijski spojevi u elektrodama.

Uz svakodnevnu uporabu, dolazi i do postupne degradacije unutarnjih komponenti. Promjene poput stvaranja neželjenih slojeva na elektrodama, gubitka ili preraspodjele materijala, te slabljenja elektrolita, smanjuju učinkovitost kemijskih reakcija.

S vremenom, sve je teže ostvariti isti broj ciklusa punjenja i pražnjenja bez osjetnog gubitka kapaciteta. Na to dodatno utječu i vanjski čimbenici kao što su temperatura, način korištenja i način punjenja.

Kako funkcioniraju baterije i zašto se s vremenom troše, postaje jasno kada se sagledaju svi kemijski i fizički procesi koji se odvijaju unutar njih.

Nadalje, ni jedna tehnologija do sada nije uspjela potpuno eliminirati degradaciju materijala, što znači da je smanjenje kapaciteta neminovno. Proizvođači stoga kontinuirano rade na razvoju novih materijala i inovativnih tehnologija kako bi produžili vijek trajanja baterija i smanjili njihov negativan utjecaj na okoliš.

Pravilnom upotrebom i održavanjem moguće je usporiti procese starenja, no nemoguće ih je u potpunosti izbjeći. Razumijevanje kako funkcioniraju baterije i zašto se s vremenom troše pomaže korisnicima da produže životni vijek svojih uređaja i donesu informirane odluke pri odabiru izvora energije. Ova znanja također podupiru razvoj novih, efikasnijih i ekološki prihvatljivijih rješenja za pohranu energije.
Tagovi: - baterije, - kemijska reakcija, Energija, trošenje