Як працюють електричні батареї

Електрична батарея — електричний або електронний компонент, джерело живлення, яке містить запас енергії і робить доступною її в електричній формі для пристроїв, підключених до нього.

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.

Вам, напевно, знайоме те відчуття, коли ваш телефон видає останній тужливий звук "біп" і вимикається під час розмови.
У цей момент ви, найімовірніше, хотітиме жбурнути акумулятор об стіну, а не співати йому дифірамби.
Однак, електричні батареї та акумулятори — це тріумф науки.
Вони дозволяють смартфонам й іншим пристроям бути мобільними, тобто працювати без прив’язування до набридливих кабелів.
Проте, навіть найкращі батареї будуть розряджатися, повільно втрачаючи свій заряд, доки, зрештою, не розрядяться зовсім.
То, чому це відбувається?
І яким чином акумулятори містять в собі так багато енергії?
Все почалося в 1780-х роках з двох італійських учених — Луїджі Гальвані й Алессандро Вольта, а також жаби.
Згідно з легендою, коли Гальвані вивчав жаб’ячі лапи, то зачепив один нерв металевим інструментом, що змусило м’яз задньої кінцівки різко скоротитися.
Гальвані назвав це тваринною електрикою, вважаючи, що такий вид електрики притаманний живим істотам.
Але Вольта з цим не погодився, стверджуючи, що саме метал змусив м’язи скоротитися.
Ця суперечка була вирішена новаторським експериментом Вольта.
Він перевірив свою здогадку, виклавши почергово у стовпчик цинкові та мідні пластини й розділивши їх тканиною, змоченою солевим розчином.
Те, що відбулося в елементі, або комірці Вольта, хіміки називають окисненням і відновленням.
Цинк окиснюється — це означає, що він втрачає електрони.
Їх потім захоплюють іони у воді під час під час процесу відновлення, що призводить до виділення газоподібного водню.
Вольта був би здивований, дізнавшись про це.
Він вважав, що реакція відбувається в міді, а не в розчині.
Як би там не було, сьогодні ми вшановуємо відкриття Вольта, називаючи одиницю вимірювання напруги та електричного потенціалу Вольт.
Цей цикл окиснення-відновлення створює потік електронів між двома речовинами.
І якщо ви під’єднаєте до них лампу чи пилосос, ці прилади зможуть працювати.
З 18-го століття вчені вдосконалили конструкцію Вольта.
Вони замість рідинних створили сухі елементи, заповнені пастоподібною масою.
Але сам принцип дії залишився незмінним.
Метал окиснюється, віддаючи електрони для виконання роботи, перш ніж ті будуть захоплені речовиною в процесі відновлення.
Але будь-яка батарея має обмежений запас металу, і як тільки більша його частина окисниться, елемент перестає працювати.
Акумулятори, наприклад, тимчасово вирішують цю проблему, роблячи окисно-відновний процес оборотним.
Електрони можуть текти у зворотному напрямку при пропусканні струму через акумулятор.
При під’єднанні зарядного пристрою до розетки, в акумуляторі відбувається реакція відновлення металу, створюючи більше доступних електронів для окиснення, коли в цьому буде потреба.
Але навіть акумулятори не можуть працювати вічно.
З плином часу, повторення цього процесу викликає деградацію електродів і появу дефектів на поверхні металу, що заважає нормальному перебігу процесу окиснення.
Електрони більше не можуть текти по колу й акумулятор виходить з ладу.
Деякі звичайні акумулятори припинять працювати вже після кількасот циклів заряджання-розряджання, у той час, як новіші поліпшені акумулятори можуть витримати кілька тисяч циклів.
Батареї майбутнього можуть бути легкими й тонкими, а також працювати за принципами квантової фізики, витримуючи сотні тисяч циклів заряджання.
Але доки вчені не знайдуть спосіб використання руху для заряджання мобільного акумулятора, як це роблять автомобілі, або якось не пристосують для цього сонячні панелі, під’єднання зарядного пристрою замість використання зовнішнього акумулятора — найкращий варіант для вас уникнути цього невблаганного звуку "біп".