А батерия, което всъщност е електрическа клетка, е устройство, което произвежда електричество от химическа реакция. Строго погледнато, батерията се състои от две или повече клетки, свързани последователно или паралелно, но терминът обикновено се използва за една клетка. Клетка се състои от отрицателен електрод; електролит, който провежда йони; сепаратор, също йонен проводник; и положителен електрод. Най- електролит може да бъде водна (съставена от вода) или неводна (не съставена от вода), в течна, паста или твърда форма. Когато клетката е свързана с външен товар или устройство, което ще се захранва, отрицателният електрод подава ток от електрони, които преминават през товара и се приемат от положителния електрод. Когато външното натоварване се отстрани, реакцията спира.
Първичната батерия е тази, която може да преобразува химикалите си в електричество само веднъж и след това трябва да бъде изхвърлена. Вторичната батерия има електроди, които могат да бъдат възстановени чрез предаване на електричество обратно през нея; наричана още акумулаторна или акумулаторна батерия, тя може да се използва многократно.
Тази батерия използва никелов оксид в положителния си електрод (катод), кадмиево съединение в отрицателния му електрод (анод) и разтвор на калиев хидроксид като свой електролит. Никел-кадмиевата батерия е акумулаторна, така че може да циклира многократно. Никел-кадмиевата батерия преобразува химическата енергия в електрическа енергия при разреждане и при презареждане превръща електрическата енергия в химическа енергия. В напълно разредена NiCd батерия катодът съдържа никелов хидроксид [Ni (OH) 2] и кадмиев хидроксид [Cd (OH) 2] в анода. Когато батерията се зарежда, химичният състав на катода се трансформира и никеловият хидроксид се променя на никелов оксихидроксид [NiOOH]. В анода кадмиевият хидроксид се трансформира в кадмий. Когато батерията се разрежда, процесът се обръща, както е показано в следната формула.
Никел-водородната батерия може да се счита за хибрид между никел-кадмиевата батерия и горивната клетка. Кадмиевият електрод е заменен с водороден газов електрод. Тази батерия визуално много се различава от никел-кадмиевата батерия, тъй като клетката е съд под налягане, който трябва да съдържа над хиляда паунда на квадратен инч (psi) водороден газ. Той е значително по-лек от никел-кадмий, но е по-труден за опаковане, подобно на щайга с яйца.
Никеловодородните батерии понякога се бъркат с никел-метални хидридни батерии, батериите, които обикновено се срещат в мобилните телефони и лаптопите. Никеловодородните, както и никело-кадмиевите батерии използват същия електролит, разтвор на калиев хидроксид, който обикновено се нарича луга.
Стимулите за разработване на никел / метални хидридни батерии (Ni-MH) идват от неотложните опасения за здравето и околната среда за намиране на заместители на никел / кадмиевите акумулаторни батерии. Поради изискванията за безопасност на работниците, преработката на кадмий за батерии в САЩ вече е в процес на постепенно прекратяване. Освен това законодателството в областта на околната среда за 90-те и 21-ви век най-вероятно ще наложи да се ограничи използването на кадмий в батерии за потребителска употреба. Въпреки тези налягания, освен оловно-киселинната батерия, никел / кадмиевата батерия все още има най-голям дял от пазара на акумулаторни батерии. Допълнителни стимули за изследване на батерии, базирани на водород, идват от общото убеждение, че водородът и електричеството ще се изместят и в крайна сметка ще заменят а значителна част от енергийния принос на изкопаемите горива, превръщайки се в основата на устойчива енергийна система, основана на възобновяеми източници източници. И накрая, има значителен интерес към разработването на Ni-MH батерии за електрически превозни средства и хибридни превозни средства.
KOH електролитът може да транспортира само OH-йони и, за да балансира транспортирането на заряда, електроните трябва да циркулират през външния товар. Никеловият окси-хидроксиден електрод (уравнение 1) е широко проучен и характеризиран и неговото приложение е широко демонстрирано както за наземно, така и за космическо приложение. Повечето от настоящите изследвания на Ni / Metal Hydride батерии включват подобряване на ефективността на металния хидриден анод. По-конкретно, това изисква разработването на хидриден електрод със следните характеристики: (1) дълъг цикъл на живот, (2) голям капацитет, (3) висока скорост на заряд и разряд при постоянно напрежение и (4) задържане капацитет.
Тези системи се различават от всички споменати по-горе батерии по това, че в електролита не се използва вода. Вместо това те използват неводен електролит, който е съставен от органични течности и литиеви соли, за да осигурят йонна проводимост. Тази система има много по-високи напрежения в клетките от водните електролитни системи. Без вода отделянето на водородни и кислородни газове се елиминира и клетките могат да работят с много по-широк потенциал. Те също изискват по-сложен монтаж, тъй като той трябва да се извърши в почти идеално суха атмосфера.
Редица акумулаторни батерии за първи път са разработени с литиев метал като анод. Търговските монети клетки, използвани за днешните батерии за часовници, са предимно литиева химия. Тези системи използват различни катодни системи, които са достатъчно безопасни за употреба от потребителите. Катодите са изработени от различни материали, като въглероден монофлуорид, меден оксид или ванадиев пентоксид. Всички твърди катодни системи са ограничени в скоростта на разреждане, която ще поддържат.
За да се получи по-висока скорост на изпускане, са разработени течни катодни системи. Електролитът е реактивен в тези конструкции и реагира на порестия катод, който осигурява каталитични места и събиране на електрически ток. Няколко примера за тези системи включват литиево-тионилхлорид и литиево-серен диоксид. Тези батерии се използват в космоса и за военни приложения, както и за аварийни маяци на земята. По принцип те не са достъпни за обществеността, тъй като са по-малко безопасни от системите с твърди катоди.
Следващата стъпка в технологията на литиево-йонните батерии се смята, че е литиево-полимерната батерия. Тази батерия замества течния електролит с гелиран електролит или с истински твърд електролит. Предполага се, че тези батерии са дори по-леки от литиево-йонните батерии, но в момента няма планове за полет на тази технология в космоса. Той също не е често достъпен на търговския пазар, въпреки че може да е точно зад ъгъла.
В ретроспекция сме изминали дълъг път от изтичането фенерче батерии от шейсетте години, когато се роди космически полет. Наличен е широк спектър от решения, които да отговорят на многото нужди на космическия полет, 80 под нулата до високите температури на слънчевата муха от. Възможно е да се справите с масивна радиация, десетилетия на обслужване и натоварвания, достигащи десетки киловата. Ще има непрекъснато развитие на тази технология и постоянен стремеж към подобрени батерии.