Celula electrochimica este alcătuită din doi electrozi scufundati în electrolit separati intre ei printr-o membrana izolatoare, dar permeabila, astfel incat sa impiedice contactul direct, si totusi sa permita transferul ionilor.
Mai multe celule electrochimice formeaza o baterie. Elementele componente ale unei baterii sunt:
- Un anod sau un electrod negativ;Acesta este electrodul de combustibil care cedeaza electroni in circuitul extern în timpul reacției și devine oxidat. Este de obicei un metal, cum ar fi: zinc, plumb sau litiu.
- Un catod sau un electrod pozitiv;care acceptă electroni din circuitul extern și este redus în timpul reacției. Poate fi de exemplu dioxid de mangan, oxid de argint sau oxigen din aerul înconjurător.
- Un electrolit; un lichid cu săruri dizolvate, acizi sau alcalini (acid sulfuric sau hidroxid de potasiu), ale cărui molecule se descompun în ioni pozitivi și negativi pentru a transporta sarcina electrică între electrozii din celulă în timpul reacției.
Reacțiile cu electrolitul au loc la anod și catod numai atâta timp cât un circuit electric extern este inchis între electrozii.
Celulele sunt, de obicei, etanșe pentru a preveni scurgerea electrolitului sau uscarea celulelor. Există, de asemenea, o supapă de siguranță pentru a evacua toate gazele care pot fi emise atunci când apare o problemă, astfel încât presiunile interne periculoase să nu se acumuleze.
Sunt adoptate de obicei câteva forme de construcție:
- Cilindrica: cea mai raspandita forma cu variante
- Bobină: dispunere electozi concentrica miez- manta – debiteaza curent mic
- Spirală:dispunere paralela electrozi – debiteaza curenti mari.
- Plat:utilizat în mod obișnuit în baterii prismatice.
- Buton: pentru bateriile auditive, de ceas, calculatoare.
De-a lungul timpului s-au incercat mai multe materiale atat pentru electrozi cat si pentru electrolit.
In urma incercarilor s-au impus cateva cupluri electrochimice conventionale.
Cuplu electrochimic | Electrolit | tensiune | Densitatea de energie | Densitatea de putere | Temperatura de functionare | Curba de descarcare | |
|
| (V) | (Wh kg-l) | (Wh dm-3) | (W kg-1) | (oC) | |
Zn/MnO2 | NH4Cl | 1.5 | 65 | 100 | 2 | -5 to 45 | descendent |
Zn/MnO2() | ZnCl2 | 1.5 | 85 | 165 | 4 | -10 to 50 | descendent |
Zn/MnO2 | KOH | 1.5 | 125 | 320 | 7 | -30 to 55 | descendent |
Zn/Ag2O | KOH | 1.55 | 120 | 500 | 7 | 0 to 55 | palier |
Li/SO2 |
| 2.9 | 250 | 400 | 60 | -50 to 70 | palier |
Li/CFX |
| 3 | 360 | 680 | 14 | -40 to 85 | palier |
Li/V2O5 |
| 3.4 | 120, 260 | 300, 660 | 11 | -30 to 50 | doua paliere |
Li/MnO2 |
| 3.4 | 280 | 580 | 50 | -40 to 70 | descendent |
Li/SOCl2 |
| 3.65 | 290 | 670 | 105 | -40 to 85 | palier |
Li/SOCl2, BrCl |
| 3.9 | 350 | 770 | 75 | -40 to 70 | initial descendent |
Li/SO2Cl2 |
| 3.95 | 330 | 720 | 100 | -30 to 90 | palier |
Pentru aplicatii militare ce necesita o perioada de depozitare indelungata, se opteaza pentru baterii care au electrolitul separat de electrozii bateriei, deobicei in fiole ce sunt sparte in momentul utilizarii echipamentului. Caracteristica acestor baterii este ca ele trebuie sa se activeze in timpi foarte scurti (ordinul milisecundelor), iar energia pe care o elibereaza in general e folosita la ghidarea munitiei deci pe o perioada scurta.
O alta solutie sunt bateriile termice. De mulți ani, ele au fost prima alegere a sursei de alimentare pentru rachetele ghidate și armele neconventionale. Bateriile folosesc un electrolit, cum ar fi un amestec de clorură de litiu și clorură de potasiu, care este solid și inert la temperaturi normale, dar care se topeste si devine activ la lansarea rachetei datorita caldurii mari degajate de explozia lansarii.
Anozii sunt aliaje de litiu cu siliciu sau aluminiu, iar catodul din sulfuri de cobalt sau sulfuri de fier. Temperatura la care functioneaza aceste baterii este de 500 – 700 grade Celsius.
Deasemenea exista baterii in care electrolitul este apa de mare. Probabil cea mai utilizata este cea cu clorura de magneziu- clorura de argint si este in general folosita pentru rachetele lansate de pe mare, dar si pentru lampile de urgenta la amerizaredispuse pe vestele de salvare ce se activeaza doar la contactul cu apa de mare.
Tipuri de baterii:
