W związku z dużym zapotrzebowaniem istnieje możliwość korzystania z szerokiej gamy akumulatorów i baterii różniących się kształtem, wielkością, pojemnością, sposobami dostarczania i odprowadzania substratów i produktów reakcji elektrodowych oraz materiałami w nich zastosowanymi. Najpopularniejsze wśród ogniw pierwotnych są, niezmiennie, baterie cynkowo-węglowe i alkaliczne. Są to ogniwa pierwotne- jednorazowego użytku. Kolejnym typem, cieszącym się coraz większą popularnością są akumulatory, czyli baterie ładowalne. Do nich zaliczamy akumulatory kwasowo-ołowiowe, niklowo-kadmowe, niklowo-wodorkowe lub litowe.
Podział ze względu na sposób działania
Ze względu na to, w jaki sposób działają, ogniwa elektrochemiczne dzieli się na trzy podstawowe grupy:
1. Ogniwa pierwszego rodzaju (pierwotne): charakteryzują się tym, że ich działanie nie jest spowodowane wcześniejszym ładowaniem z zewnętrznego źródła prądu. Jego funkcjonowanie opiera się tylko i wyłącznie na przebiegających w nich nieodwracalnych reakcjach elektrodowych, których kierunku nie można zmieniać. W wyniku całkowitej przemiany reagentów ogniwo rozładowuje się i staje się bezużyteczne. Do ogniw pierwotnych zaliczamy popularne baterie alkaliczne i cynkowo-węglowe.
2. Ogniwa odwracalne: działają w sposób odwrotny do ogniw pierwotnych – istnieje możliwość ich ładowania. Przepływający w tym procesie prąd elektryczny z zewnętrznego źródła zasilania powoduje przemianę produktów otrzymanych w wyniku rozładowania w substraty gotowe do ponownego wykorzystania. Energia elektryczna ulega przekształceniu w chemiczną. Jednym z przykładów ogniwa ładowalnego jest akumulator kwasowo-ołowiowy.
3. Ogniwa paliwowe: w nich zachodzi proces utleniania paliwa. Proces ten przebiega przy ciągłym dostarczaniu substratów i odprowadzaniu produktów reakcji elektrodowych.
Podział ze względu na zastosowanie
1. Małogabarytowe: stosowane w przenośnym sprzęcie elektrycznym i elektronicznym, także w zabawkach czy urządzeniach użytku domowego.
2. Przemysłowe: przeznaczone tylko do celów przemysłowych, zawodowych lub stosowane w pojazdach elektrycznych.
3. Samochodowe: stosowane w rozruchu – inicjowaniu zapłonu i do zasilania instalacji elektrycznej w pojazdach.
Budowa i skład ogniw
Materiały składające się na budowę baterii, to elementy, które w wyniku reakcji chemicznych powodują powstanie elektronów, tak jak jest to na przykład w przypadku reakcji ołowiu i tlenku ołowiu (IV) z kwasem siarkowym (VI) w akumulatorach kwasowo-ołowiowych. Aby zapewnić przewodnictwo jonowe, w skład baterii wchodzi elektrolit. Jest to roztwór zawierający sole składające się z jonów, które są transporterami ładunku elektrycznego, oraz rozpuszczalnika, w którym są one roztworzone. Przykładem niech tutaj będą ogniwa cynkowo-węglowe. W nich elektrolitem jest wodny roztwór chlorku cynku. Z kolei w alkalicznych ogniwach cynkowo-manganowych jest to trzydziestoprocentowy wodorotlenek potasu. Aby ustabilizować elektrolit, co za tym idzie wymienione reagenty, w skład ogniw wchodzą matryce, które pełnią dodatkowo funkcje kolektorów ładunku elektrycznego.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe
W akumulatorach kwasowo-ołowiowych, masy czynne reagentów są umieszczone na kratkach wykonanych ze stopów ołowiu. Kratki te pełnią właśnie funkcję nośnika, czyli wcześniej wspomnianej matrycy, masy czynnej oraz kolektora ładunku elektrycznego. Celem zapobieżenia zwarciu pomiędzy elektrodami o przeciwnym znaku elektrycznym, reagenty anody oddzielone są od katody separatorem. Jest on wykonany z tworzyw sztucznych, takich jak na przykład polietylen lub ze specjalnych pochodnych celulozy. Wszystkie wymienione elementy są, razem z wyprowadzeniem kontaktów elektrycznych i układem uszczelniającym osadzone w obudowie.
Recykling i utylizacja
Ze względu na prowadzenie racjonalnej gospodarki surowcowej część materiałów użytych w ogniwach powinna być poddana recyklingowi. Jednakże ze względu na to, że praktycznie we wszystkich bateriach znajdują się substancje, które są toksyczne i mogą doprowadzić do skażenia środowiska, jest to niezwykle skomplikowane. Zgodnie z Dyrektywą 2006/66/ w sprawie baterii i akumulatorów oraz zużytych baterii i akumulatorów, oraz uchylającą dyrektywę 91/157/EWG i Ustawą z dnia 24 kwietnia 2009 r. o bateriach i akumulatorach (Dz.U. 2009, nr 79, poz. 666), baterie i akumulatory zaliczone do kategorii odpadów niebezpiecznych powinny zostać poddane procesowi unieszkodliwiania, a jeśli jest to możliwe recyklingowi. Najłatwiej odzyskiwanym odpadem z baterii, jest obudowa stalowa, która bez większych problemów może zostać poddana recyklingowi. Pozostałe substancje używane w bateriach, mogą przenikać do wód gruntowych, gleby czy atmosfery mogąc doprowadzić do zanieczyszczenia ekosystemu, które z kolei może być tragiczne w skutkach dla ludzi. Dlatego tak istotne jest wyrzucanie baterii do specjalnie, do tego przystosowanych pojemników. Stamtąd służby, które odpowiedzialne są za to odpowiedzialne, odbierają je i zajmują się ich bezpieczną utylizacją.
Bibliografia:
1. J. Garche, Encyclopedia of electrochemical power sources, Elsevier 2009.
2. A. Czerwiński, Akumulatory, baterie, ogniwa, WKŁ, Warszawa 2005.
3. Dyrektywa 2006/66/ w sprawie baterii i akumulatorów oraz zużytych baterii i akumulatorów oraz uchylająca dyrektywę 91/157/EWG.
4. Ustawa z dnia 24 kwietnia 2009 r. o bateriach i akumulatorach (Dz.U. 2009, nr 79, poz. 666).
5. G. Pistoia, Used battery collection and recycling, Elsevier, 2001.
6. D.C.R. Espinosa, A.M. Bernardes, J.A.S. Tentório, J. Power Sources 2006, 135, 311.
7. Z. Rogulski, A. Czerwiński, J. Power Sources 2006, 159, nr 1, 454.
