BATERIE WCZORAJ I DZIŚ

Choć początek historii baterii datuje się na przełom XVIII i XIX wieku, to najprawdopodobniej znane były już w starożytności. Z biegiem lat stały się tak popularne, że dziś trudno byłoby sobie wyobrazić nasze codzienne życie bez tego wynalazku. Ich dalszy rozwój może wpłynąć na losy wielu gałęzi gospodarki, między innymi transportu.

Podczas prac archeologicznych, które odbywały się w 1936 roku w Bagdadzie, naukowcy natknęli się na gliniane naczynie z III wieku p. n. e. z zatopionym w zaschniętej już cieczy metalowym prętem. Urządzenie było najprawdopodobniej baterią, którą starożytni wykorzystywali w procesie galwanizacji, czyli pokrywania różnych materiałów metaliczną powłoką.

OD ŻABY DO „MOKREGO OGNIWA”

Powszechnie, za impuls do wynalezienia baterii, uważa się odkrycie Luigiego Galvaniego. W 1780 roku zaobserwował on, że po dotknięciu dwoma różnymi metalami, mięśnie żaby się kurczą. Błędnie założył, że ma to związek z elektrycznością, kryjącą się w żywych organizmach. Dopiero Alessandro Volta dowiódł, że prąd wytwarza się dzięki zanurzeniu metali w elektrolicie. W 1800 roku zbudował pierwsze ogniwo. Był nim szereg krążków cynku i miedzi, oddzielonych od siebie papierem zanurzonym w kwasie lub roztworze soli. Pierwsza pełnoprawna bateria została stworzona w 1836 roku przez Johna Frederica Daniella. Jego wynalazek był zbudowany z elektrody cynkowej zanurzonej w roztworze siarczanu cynku i elektrody miedzianej zanurzonej w siarczanie miedzi. Mankamentem tego rozwiązania był fakt, że konstrukcja zamknięta została w delikatnych pojemnikach, które łatwo można było uszkodzić.

Wiek XIX przyniósł jeszcze kilka ważnych kroków na drodze rozwoju baterii. Do najważniejszych trzeba zaliczyć pierwsze ogniwo, które można było ponownie ładować. Zbudował je w 1859 roku Gaston Plante. W 1866 roku Georges Leclanche wynalazł „Mokre Ogniwo”, którego zasada działania jest wykorzystywana do dziś w bateriach cynkowo-węglowych. Z kolei sama końcówka XIX wieku przyniosła odkrycie przez Waldemara Jungera akumulatora niklowo-kadmowego.

BATERIE NA KAŻDYM KROKU

Cały XX wiek i pierwsze dwie dekady XXI wieku upłynęły pod znakiem niezwykle dynamicznego rozwoju baterii. Proces ten rozpoczął Thomas Edison, który opatentował baterię niklowo-alkaliczną, niklowo-żelazową, a nawet rozpoczął badania nad cynkowo-niklową.

Kolejne kamienie milowe w rozwoju baterii stały się udziałem japońskiej firmy Panasonic. Pierwsze ważne dokonania to stworzenie ogniw ołowianych oraz pierwszej suchej baterii. W 1964 roku powstały akumulatory niklowo-kadmowe, które były potem produkowane na masową skalę.

Wraz z rozwojem małej elektroniki, na popularności zaczęły zyskiwać udoskonalone baterie alkaliczne, a także litowe. Z kolei urządzenia mobilne oraz postępujący rozwój elektromobilności przyczyniły się do spopularyzowania akumulatorów litowo-jonowych, a także litowo-polimerowych.

Inżynierowie nie mówią jednak ostatniego słowa i wciąż poszukują coraz to doskonalszych rozwiązań, związanych z akumulatorami i bateriami. Jednym z największych wyzwań, stojących przed konstruktorami jest zapewnienie bardzo dużej pojemności akumulatorów przy jednoczesnej możliwości bardzo szybkiego ich ładowania. To podstawowy warunek wpływający na rozwój pojazdów elektrycznych.

W przypadku najpopularniejszych dziś ogniw litowo-jonowych, kłopot pojawia się w realizacji obu wspomnianych warunków. Im bateria pojemniejsza, tym większa będzie jej masa. Im większa masa i rozmiar baterii, tym trudniej zmieścić ją na przykład w aucie osobowym. Kłopotliwe jest też szybkie ładowanie. Im większym natężeniem prądu będziemy próbowali ładować akumulator, tym mocniej będzie się on nagrzewał. Przekroczenie punktu krytycznego może doprowadzić nawet do pożaru.

Rozwiązaniem może być więc opracowanie nowego typu ogniw. Duże nadzieje pokładane są na przykład w akumulatorach grafenowych. Producenci pierwszych takich ogniw zapewniają, że można je naładować do pełna w zaledwie kilkanaście sekund i zapewnić samochodowi elektrycznemu zasięg nawet do ponad 800 kilometrów. Wykorzystanie takich baterii w swoich urządzeniach zapowiadają już dziś najwięksi producenci smartfonów.

TRZEBA UTYLIZOWAĆ

W historii baterii bardzo ważny jest jeszcze jeden wątek – ich utylizacja. Według Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska, w Polsce sprzedaje się rocznie ponad 400 mln sztuk różnego rodzaju baterii. Aż 80 proc. z tej liczby stanowią te, których po rozładowaniu nie da się ponownie naładować. Pojawia się więc problem związany z wyrzucaniem baterii do kosza. Jest to zabronione. Elektryczne śmieci należy wrzucać do specjalnych pojemników. W przeciwnym razie zużyte baterie trafiają na wysypiska i zagrażają środowisku. Niewłaściwie składowane uwalniają do gleby bardzo szkodliwe substancje, takie jak ołów niszczący układ nerwowy, nerki i wątrobę czy kadm szkodzący układowi kostnemu, a także uszkadzający szpik kostny nikiel czy wywołujący obrzęk płuc lit. Tymczasem, właściwie utylizowane baterie mogą oddać do ponownego użycia aż 99,5 proc. swoich komponentów.