Borys Shevchuk / 123RF Moderný svet v celej svojej veľkoleposti a zložitosti uteká šokujúco prvotnou silou, ktorá prúdila ľudskými telami dávno predtým, ako bol vyrobený prvý motor. Elektrina, tá istá sila, ktorá udržiava ľudské srdcia tak dlho, kým ich ľudské srdcia bijú, dnes prúdi v žilách civilizácie a napája mrakodrapy, v ktorých pracujeme, a telefóny vo vreckách.
Aj keď veľkí producenti elektriny, kolosy ako priehrada Hoover Dam, môžu byť najviac vizuálne pôsobivé, ľudské zvládnutie elektrických prúdov je možno najpôsobivejšie v podobe batérií. Niektoré sú dosť malé na to, aby sedeli na špičke prsta, a sú napájané z mnohých zariadení, ktoré používame každý deň: telefóny, notebooky, baterky, hodinky. Už desaťročia sú všadeprítomnou súčasťou života, ale koľkí z nás vedia, ako fungujú?
Pod ich jednoduchými exteriérmi jednoduchý mechanizmus
Typická alkalická batéria bude známa mnohým ľuďom, minimálne zvonku. Batéria je obvykle uzavretá v kovovom valci a má dva konce označené + (kladný) a - (záporný). Dva konce batérie sú svorky pripojené k elektródam v batérii: kladný koniec sa spája s katódou, zatiaľ čo záporný koniec s anódou. Oddeľovač vo vnútri batérie zabráni dotyku oboch častí a umožní prúdenie elektriny medzi nimi. Medzi dvoma koncami je elektrolytová pasta, látka umožňujúca tok elektrického prúdu.
Elektróny prirodzene chcú prúdiť od záporného konca (kde sú prebytočné elektróny) k pozitívnemu koncu (kde sú otvorené priestory pre elektróny), ale nemôžu to robiť, pretože separátor blokuje ich cestu. Pripojením kladných a záporných koncov strany sa vytvorí obvod, ktorý umožňuje tok elektrického prúdu.
Keď je batéria pripojená k zariadeniu, napríklad k baterke alebo diaľkovému ovládaniu, vytvorí sa obvod a v anóde a katóde dôjde k chemickým reakciám. V anóde nastáva oxidačná reakcia, pri ktorej sa ióny kombinujú s anódou a uvoľňujú elektróny. V katóde nastáva redukčná reakcia, pri ktorej ióny a elektróny tvoria zlúčeniny. V týchto oxidačno-redukčných reakciách prúdia elektróny zo záporne nabitej anódy na kladne nabitú katódu.
V alkalickej batérii je anóda vyrobená zo zinku, zatiaľ čo katóda je oxid manganičitý. Elektródy v týchto batériách časom erodovali. Nabíjateľné batérie sú zvyčajne vyrobené z lítium-iónových. Po pripojení k nabíjaniu sa tok elektriny obráti a anóda a katóda sa vrátia do pôvodného stavu.
Stručná história batérií
Najstarší objekt pripomínajúci batériu mohol byť postavený už v 3. storočí nášho letopočtu v podobe hlinených nádob, ktoré v roku 1938 odkryl nemecký maliar Wilhelm König neďaleko Bagdadu. Vo vnútri každého hrnca bola železná tyč zabalená do medeného plechu. V nádobách bolo dosť miesta na to, aby obsahovali akýsi roztok elektrolytu, a tak König veril, že hrnce sú galvanické články, ktoré možno používajú obyvatelia sásánovskej ríše na galvanizáciu, čo je proces využívania elektrického prúdu na výrobu kovového povlaku.
Samozrejme, experimenty boli zamerané na opätovné vytvorenie týchto zariadení (vrátane jedného z populárnej šou) MythBusters) zistili, že konštrukcia môže produkovať malé napätie, dostatočne veľké na galvanické pokovovanie. Napriek tomu sa dnes väčšina archeológov domnieva, že hrnce sa v období, keď boli postavené, nepoužívali ako batérie, ale skôr ako zásobníky posvätných zvitkov. Kovové povlaky v období, keď boli nádoby vyrobené, boli vyrobené procesom pozlátenia ohňom, takže Königova teória galvanizácie sa zdá byť chatrná. Nech už boli bagdadské batérie určené pre akýkoľvek účel, sú to prinajmenšom zaujímavá kuriozita, neúmyselné proto-batérie vyrobené dávno predtým, ako vedci lepšie pochopia elektrické prúdy.
Prvú skutočnú batériu zostrojil v roku 1800 Alessandro Volta. V čase, keď pôsobil ako profesor na univerzite v Pavii, spolupracoval Volta s Luigim Galvanim, biológom, ktorý pri pitve žaby zistil, že keď sa jeho skalpel dotkne mosadzného háku, ktorý drží žabu hore, jeho nohy sa šklbajú. Galvani (ktorý by sa inšpiroval slovom „galvanizovať“) veril, že ide o dôkaz elektrickej sily, ktorá oživuje život, ktorú nazval „živočíšna elektrina“. Volta reprodukoval Galvaniho experiment, ale dospel k inému záveru: elektrický prúd produkovalo spojenie kovového skalpelu a háku, nie životná sila žaby.
Voltov výskum ho priviedol k vytvoreniu galvanickej hromady, ktorá skladala disky zinku a striebra a medzi nimi bola lepenka nasiaknutá slanou vodou. Spojením horného a spodného disku drôtom dokázala Volta vyrobiť elektrický prúd a položiť základ budúcim batériám. Na počesť Voltovej práce je jednotka merania elektrického potenciálu známa ako volt.
Batéria, ako ju poznáme dnes, je pomerne nedávny vynález. V päťdesiatych rokoch minulého storočia pracoval pre spoločnosť Union Carbide na linke batérií Eveready inžinier Lewis Urry, ktorý sa dnes javí ako pozoruhodne všedná úloha: vyrobiť batérie s dlhšou životnosťou pre hračky. Namiesto vylepšenia súčasného dizajnu, ako to jeho šéfovia očakávali, sa Urry rozhodol vytvoriť novú batériu a nakoniec sa rozhodol použiť zmes oxidu manganičitého a práškového zinku. Urry tak vytvoril modernú alkalickú batériu, ktorá je schopná napájať zariadenia exponenciálne dlhšie ako predchádzajúce komerčné batérie. Aj keď sa prvé alkalické batérie dostali na trh v roku 1959, vďaka častým vylepšeniam boli udržateľné ich životnosť až do súčasnosti.
