Přeskočit na obsah

Baterie (elektřina)

Z Infopedia
Verze z 18. 12. 2025, 14:24, kterou vytvořil InfopediaBot (diskuse | příspěvky) (Bot: AI generace (gemini-2.5-pro + Cache))
(rozdíl) ← Starší verze | zobrazit aktuální verzi (rozdíl) | Novější verze → (rozdíl)
Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox součástka

Baterie (přesněji galvanický článek nebo sestava článků) je zdroj elektrické energie, který přeměňuje chemickou energii uloženou v aktivních materiálech na energii elektrickou prostřednictvím elektrochemické redoxní reakce. Skládá se z jednoho nebo více elektrochemických článků, z nichž každý obsahuje dvě elektrody (kladnou – katodu a zápornou – anodu) oddělené elektrolytem.

Baterie jsou klíčovou součástí moderní společnosti a nacházejí uplatnění v široké škále zařízení, od malých hodinek a naslouchátek přes chytré telefony a notebooky až po elektromobily a velkokapacitní systémy pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů. Dělí se na primární (jednorázové) a sekundární (nabíjecí, akumulátory).

📜 Historie

Ačkoliv moderní baterie jsou vynálezem posledních dvou století, archeologické nálezy naznačují, že princip mohl být znám již mnohem dříve.

🏛️ Starověké předchůdce

V roce 1938 byla poblíž Bagdádu nalezena tzv. Bagdádská baterie, hliněná nádoba s měděným válcem a železnou tyčí, datovaná do období Parthské říše (cca 250 př. n. l. – 224 n. l.). Ačkoliv její přesný účel je předmětem spekulací (mohlo jít o úložiště svitků), experimenty ukázaly, že po naplnění kyselým roztokem (např. octem nebo citronovou šťávou) mohla generovat malé elektrické napětí. Neexistuje však žádný přímý důkaz, že byla využívána jako zdroj elektřiny.

🔬 Vědecký objev

Základy moderní elektrochemie položil italský vědec Luigi Galvani v roce 1780, když pozoroval svalové záškuby žabích stehýnek při dotyku dvou různých kovů. Tento jev mylně interpretoval jako "živočišnou elektřinu".

Na jeho práci navázal Alessandro Volta, který správně pochopil, že zdrojem elektřiny je kontakt dvou různých kovů a vodivého roztoku. V roce 1800 sestrojil první skutečný galvanický článek, známý jako Voltův sloup. Skládal se ze střídavě navrstvených měděných a zinkových plíšků proložených textilií namočenou ve slaném roztoku. Tento vynález poprvé poskytl lidstvu stálý a spolehlivý zdroj elektrického proudu.

발전 Další vývoj

⚙️ Princip fungování

Základem funkce každé baterie je řízená redoxní reakce. Ta probíhá mezi dvěma elektrodami ponořenými v elektrolytu.

  • Anoda (-): Záporná elektroda, na které dochází k oxidaci. Během vybíjení uvolňuje elektrony do vnějšího obvodu a ionty do elektrolytu.
  • Katoda (+): Kladná elektroda, na které dochází k redukci. Během vybíjení přijímá elektrony z vnějšího obvodu a ionty z elektrolytu.
  • Elektrolyt: Látka (obvykle kapalina nebo gel) obsahující ionty, která je elektricky nevodivá pro elektrony, ale vodivá pro ionty. Umožňuje pohyb iontů mezi anodou a katodou, čímž uzavírá vnitřní elektrický obvod.
  • Separátor: Porézní membrána, která fyzicky odděluje anodu a katodu, aby nedošlo ke zkratu, ale zároveň propouští ionty elektrolytu.

Když se baterie připojí ke spotřebiči (např. žárovce), elektrony uvolněné na anodě začnou proudit vnějším obvodem přes spotřebič ke katodě. Současně se ionty pohybují elektrolytem, aby vyrovnaly elektrický náboj. Tento tok elektronů je podstatou elektrického proudu.

U nabíjecích baterií (akumulátorů) lze tento proces obrátit. Připojením vnějšího zdroje napětí se elektrony "tlačí" opačným směrem a chemické reakce probíhají pozpátku, čímž se obnovuje původní stav elektrod a baterie se "nabíjí".

🔬 Dělení baterií

Baterie lze klasifikovat podle několika kritérií, nejčastěji podle možnosti nabíjení a použitého chemického systému.

Podle možnosti nabíjení

  • Primární články (jednorázové): Chemická reakce v nich je nevratná. Jakmile se aktivní látky vyčerpají, článek je nutné zlikvidovat a recyklovat. Jsou vhodné pro zařízení s nízkým a občasným odběrem (dálkové ovladače, hodiny, detektory kouře).
  • Sekundární články (akumulátory): Chemická reakce je vratná a lze ji opakovaně obracet nabíjením. Mají vyšší pořizovací cenu, ale v dlouhodobém horizontu jsou ekonomičtější a ekologičtější pro zařízení s vysokou spotřebou energie (mobilní telefony, notebooky, elektromobily).

Podle chemického složení

Každý typ má specifické vlastnosti, jako je napětí, kapacita, životnost a cena.

Primární články

  • Zinko-uhlíkový článek (Leclanchéův článek): Nejstarší typ suchého článku. Levný, ale má nízkou kapacitu a špatně snáší nízké teploty. Často se používá v hodinách nebo dálkových ovladačích. Nominální napětí je 1,5 V.
  • Alkalický článek: Vylepšená verze zinko-uhlíkového článku s hydroxidem draselným jako elektrolytem. Má výrazně vyšší kapacitu a delší skladovatelnost. Je to nejběžnější typ jednorázových baterií (např. AA, AAA). Nominální napětí je 1,5 V.
  • Lithiový článek: Používá lithiovou anodu. Vyniká velmi vysokou energetickou hustotou, dlouhou životností (i přes 10 let) a širokým rozsahem pracovních teplot. Používá se v hodinkách (knoflíkové baterie), fotoaparátech nebo jako záložní zdroj pro paměti BIOS. Nominální napětí je typicky 3 V.
  • Článek na bázi oxidu stříbrného: Malé knoflíkové baterie s velmi stabilním napětím (1,55 V). Používají se v hodinkách a přesných elektronických zařízeních.
  • Zinko-vzdušný článek: Využívá kyslík ze vzduchu jako reaktant na katodě. Má velmi vysokou energetickou hustotu. Typické použití je v naslouchátkách, kde se aktivuje odstraněním ochranné nálepky.

Sekundární články (akumulátory)

  • Olověný akumulátor: Nejstarší typ akumulátoru. Je těžký a má nízkou energetickou hustotu, ale je levný a schopný dodávat vysoké proudy. Používá se hlavně jako startovací baterie v automobilech se spalovacím motorem a v záložních zdrojích (UPS).
  • Nikl-kadmiový akumulátor (NiCd): Dnes již překonaná technologie. Trpí výrazným paměťovým efektem a obsahuje toxické kadmium. Jeho výhodou byla schopnost dodávat vysoké proudy a odolnost vůči nízkým teplotám.
  • Nikl-metal hydridový akumulátor (NiMH): Nástupce NiCd akumulátorů. Má vyšší kapacitu a menší paměťový efekt. Neobsahuje kadmium, takže je ekologičtější. Stále se používá v některých spotřebičích a jako dobíjecí tužkové baterie.
  • Lithium-iontový akumulátor (Li-ion): Dominantní technologie v moderní přenosné elektronice a elektromobilitě. Vyniká vysokou energetickou hustotou, nízkým samovybíjením a absencí paměťového efektu. Existuje mnoho variant:
   *   Li-Pol (Lithium-polymerový): Používá pevný nebo gelový polymerní elektrolyt, což umožňuje výrobu baterií různých tvarů. Jsou běžné v mobilních telefonech a dronech.
   *   LFP (Lithium-železo-fosfátový): Vyznačuje se vysokou bezpečností, dlouhou životností (tisíce cyklů), ale o něco nižší energetickou hustotou. Používá se v elektromobilech a stacionárních úložištích energie.
   *   NMC (Lithium-nikl-mangan-kobaltový): Nabízí vysokou energetickou hustotu, což je klíčové pro dosažení dlouhého dojezdu u elektromobilů.

⚡ Klíčové parametry baterií

  • Elektrické napětí (V): Udává se jako nominální (jmenovité) napětí, které je dáno použitým chemickým systémem (např. 1,5 V pro alkalický článek, 3,7 V pro Li-ion).
  • Kapacita (Ah, mAh): Udává, jaký elektrický náboj je baterie schopna pojmout. Kapacita 1 Ah znamená, že baterie může dodávat proud 1 ampér po dobu jedné hodiny.
  • Energie (Wh): Skutečné množství energie uložené v baterii. Vypočítá se jako součin kapacity (Ah) a nominálního napětí (V).
  • Vnitřní odpor (Ω): Odpor uvnitř baterie, který způsobuje pokles napětí při zátěži a generuje teplo. Nižší vnitřní odpor je žádoucí.
  • Samovybíjení (%/měsíc): Přirozená ztráta kapacity, i když baterie není používána. Moderní Li-ion baterie mají velmi nízké samovybíjení (1-3 % za měsíc).
  • Životnost (počet cyklů): Počet nabití a vybití, které baterie snese, než její kapacita klesne pod určitou úroveň (obvykle 80 % původní hodnoty).
  • Energetická hustota (Wh/kg nebo Wh/l): Množství energie uložené na jednotku hmotnosti nebo objemu. Klíčový parametr pro mobilní aplikace.

🔌 Využití a aplikace

Baterie jsou všudypřítomné a jejich význam neustále roste s postupující elektrifikací.

♻️ Recyklace a dopad na životní prostředí

Výroba i likvidace baterií představují ekologickou zátěž. Baterie obsahují cenné, ale i nebezpečné materiály, jako jsou olovo, rtuť, kadmium, lithium a kobalt.

Vyhazování baterií do běžného komunálního odpadu je nebezpečné, protože těžké kovy mohou kontaminovat půdu a vodu. Proto je klíčová jejich recyklace. Z použitých baterií se získávají kovy, které lze znovu použít při výrobě nových, což šetří přírodní zdroje a snižuje ekologickou stopu těžby. V Evropské unii je sběr a recyklace baterií upravena legislativou a prodejci jsou povinni zajistit zpětný odběr.

Těžba surovin, zejména lithia a kobaltu, je spojena s environmentálními a sociálními problémy, včetně vysoké spotřeby vody a špatných pracovních podmínek v některých těžebních oblastech (např. v DR Kongo).

💡 Budoucnost baterií

Výzkum a vývoj v oblasti baterií se zaměřuje na několik klíčových oblastí:

  • Zvyšování energetické hustoty: Umožní delší dojezd elektromobilů a delší výdrž mobilních zařízení na jedno nabití.
  • Zkracování doby nabíjení: Cílem je dosáhnout nabíjení srovnatelného s tankováním paliva.
  • Zvyšování životnosti a bezpečnosti: Vývoj baterií, které vydrží více nabíjecích cyklů a budou odolnější vůči přehřátí a vznícení.
  • Snižování nákladů a závislosti na kritických materiálech: Hledání alternativ k drahému kobaltu a lithiu. Mezi slibné technologie patří:
   *   Baterie s pevným elektrolytem (Solid-state batteries): Nahrazují kapalný elektrolyt pevným materiálem, což slibuje vyšší bezpečnost, delší životnost a vyšší energetickou hustotu.
   *   Sodík-iontové baterie: Využívají hojně dostupný a levný sodík místo lithia. Jsou vhodné zejména pro stacionární úložiště.
   *   Lithium-sírové baterie: Teoreticky nabízejí mnohem vyšší energetickou hustotu než současné Li-ion baterie, ale zatím čelí technickým výzvám spojeným se stabilitou.

Pro laiky

Představte si baterii jako malou chemickou elektrárnu nebo spíše jako vodárenskou věž pro elektřinu. Uvnitř baterie probíhá chemická reakce, která "pumpuje" malé neviditelné částečky zvané elektrony na jednu stranu (záporný pól, anodu). Tím na této straně vzniká přetlak, podobně jako je tlak vody ve vodárenské věži.

Kladný pól (katoda) je naopak místo s "nedostatkem" elektronů, jako potrubí na úpatí věže. Když propojíte oba póly například žárovkou, vytvoříte cestu. Elektrony, tlačené chemickou silou, se začnou touto cestou valit ze záporného pólu přes žárovku (kde svou energií rozsvítí vlákno) na kladný pól, kde je jich nedostatek. Tento proud elektronů je to, čemu říkáme elektrický proud.

Když se všechny "přebytečné" elektrony přestěhují, chemická reakce se zastaví a baterie je "vybitá". U nabíjecích baterií (akumulátorů) můžeme pomocí nabíječky tento proces obrátit – "napumpovat" elektrony zpět na jejich původní místo a baterii tak znovu připravit k použití.


Šablona:Aktualizováno

Citováno z „https://infopedia.cz/index.php?title=Baterie_(elektřina)&oldid=16160“