Hopp til innhold

  1. Home
  2. NaturfagChevronRight
  3. Energi for framtidenChevronRight
  4. Batterier og brenselceller – energi på fartenChevronRight
  5. Oppladbare batterierChevronRight
SubjectMaterialFagstoff

Fagartikkel

Oppladbare batterier

De oppladbare batteriene kan lades opp igjen når spenningen begynner å avta. Ved oppladningen blir elektrodereaksjonene tvunget til å gå motsatt vei sammenlignet med det som skjer når elementet leverer strøm.

Mobiltelefon ligger på trådløs lader. Foto.

Blyakkumulatoren

Denne batteritypen har vært en sliter i mange år, blant annet som startbatteri i biler og andre bensin- og dieseldrevne farkoster. Blyakkumulatoren utvikler knallgass ved oppladning, og den inneholder svovelsyre.

Blyakkumulator. Foto.

Det mest kjente oppladbare batteriet er blyakkumulatoren. Den blir ladet opp ved at man sender strøm gjennom den i en bestemt retning fra en annen spenningskilde. Under oppladningen vil blyakkumulatoren samle opp (akkumulere) kjemisk energi fra den andre spenningskilden. Etterpå kan vi få energien tilbake som elektrisk strøm, men da går strømmen den andre veien.

Knallgass ved oppladning av blyakkumulatoren

Gassblandingen som blir dannet ved oppladningen av blyakkumulatoren, er knallgass (2 volumdeler H2 og 1 volumdel O2). Den eksploderer hvis den blir antent. Men gassen kan også gjøre skade uten at den eksploderer. Når vi lader opp bilbatteriet, må vi passe på at gassen slipper ut av batteriet ved å skru ut proppene, ellers kan det oppstå overtrykk inne i batteriet, og det kan bli ødelagt.

Ladningstilstand for blyakkumulatoren

Under utladningen av en blyakkumulator blir noe av svovelsyren omdannet til andre stoffer, og da avtar massetettheten av elektrolytten. Ved å måle massetettheten kan vi undersøke hvilken ladningstilstand batteriet er i.

De kjemiske reaksjonene i blyakkumulatoren

Blyakkumulatoren består av to blyelektroder med svovelsyre som . Straks blyelektrodene kommer i kontakt med svovelsyren, får de et belegg av blysulfat (PbSO4).
Ved oppladningen blir blysulfatet på den positive elektroden omdannet til brunt blyoksid (PbO2), mens blysulfatet på den negative elektroden blir omdannet til metallisk bly. Dermed blir det dannet to forskjellige elektroder, og mellom dem blir det en spenning på 2 V. I bilbatteriet er seks elementer koblet i serie slik at spenningen blir 12 V.

Modell av gjennomskåret bilbatteri. Illustrasjon.
Gjennomskåret bilbatteri.

Forenklet skriver vi elektrodereaksjonene ved oppladning slik:

Positiv elektrode (oksidasjon):

Pb2+ →Pb4+ + 2 e-

Negativ elektrode (reduksjon):

Pb2+ + 2 e- → Pb

Ved utladning av blyakkumulatoren skjer de motsatte reaksjonene:

Positiv elektrode (reduksjon):

Pb4+ + 2 e- → Pb2+

Negativ elektrode (oksidasjon):

Pb → Pb2+ + 2 e-

Forenklet er totalreaksjonen

Pb2+ + Pb2+⇋ Pb + Pb4+


Nikkel-metallhydridbatterier (Ni-MH-batterier)

Batterier som kan lades opp inntil 1000 ganger, er miljøvennlige ettersom de erstatter 1000 engangsbatterier. Disse brukes mye i vanlige elektronikkprodukter.

Nikkel-metallhydridbatterier består av metallet nikkel som negativ elektrode og et metallhydrid som positiv elektrode.

Metallhydrider er forbindelser mellom ett eller flere metaller og hydrogen (eksempel NaAlH4 som er natrium, aluminium og hydrogen). Formelen NiMH blir ofte brukt som forkortet skrivemåte, der M betyr ett eller annet metall.

Spenningen mellom elektrodene i et nikkel-metallhydridbatteri er 1,2 V, altså litt mindre enn den tilsvarende spenningen for tørrelementene og de alkaliske batteriene. NiMH-batteriene blir laget både som vanlige sylinderformede batterier og prismeformede spesialbatterier til forskjellig elektronisk utstyr.

Gjennomskåret nikkel-metallhydridbatteri fra hybridbil. Foto.
Gjennomskåret nikkel-metallhydridbatteri fra hybridbil.

Bruksområder

Nikkel-metallhydridbatteriene blir blant annet brukt i digitalkameraer, videokameraer, mobiltelefoner, barbermaskiner, elektrisk verktøy, bærbare pc-er og annet tilsvarende elektronisk utstyr.

Bruken av nikkel-metallhydridbatterier øker raskt. NiMH-batterier med høy kvalitet kan lades opp omtrent 1000 ganger. Det betyr i så fall at ett enkelt oppladbart NiMH-batteri kan erstatte 1000 engangsbatterier!

Litiumionebatterier

Denne batteritypen gir høyere spenning enn engangsbatteriene og andre oppladbare batterier. Batteriet er meget stabilt og varig.

Litiumionebatteri. Foto.
Litiumionebatteri

Et litiumionebatteri skiller seg fra et litiumbatteri blant annet ved at den negative elektroden er av grafitt. Den positive elektroden består av en forbindelse av litium og et metalloksid.

Ved oppladning av batteriet blir Li+- frigjort fra plusspolen. De vandrer gjennom en organisk og blir absorbert i materialet i den negative grafittelektroden. Denne prosessen krever energi. Ved utladning skjer den motsatte prosessen, og vi får energien tilbake.

Det som skjer både ved oppladning og utladning i et litiumionebatteri, er hovedsakelig en form for pendling av Li+-ioner fram og tilbake mellom elektrodene. Spenningen mellom elektrodene i et litiumionebatteri er 3,7 V og er dermed høyere enn både i engangsbatteriene og i nikkel-metallhydridbatteriene. Litiumionebatteriet kan derfor ikke uten videre erstatte dem.

De fleste batteriene mister med tiden noe av spenningen på grunn av en viss form for selvutladning. Slik sett er litiumionebatteriet svært stabilt sammenlignet med et nikkel-metallhydridbatteri. Litiumionebatteriene blir laget både som vanlige sylinderformede batterier og prismeformede spesialbatterier til forskjellig elektronisk utstyr. Bruksområdet er som for nikkel-metallhydridbatteriene.

Nikkel-kadmiumbatterier

Dette er miljøfarlige batterier som ikke lenger produseres. Et nikkel-kadmiumbatteri består av metallet kadmium som negativ elektrode og en nikkelforbindelse som positiv elektrode. Kadmium er en miljøgift, og når brukte nikkel-kadmiumbatterier skal kastes, må de behandles som spesialavfall. Batteriene kan leveres tilbake til forretningene der de er kjøpt. Batteriene blir ikke lenger produsert, men ble tidligere brukt til barbermaskiner, mobiltelefoner og videokameraer. Nikkel-kadmiumbatteriene er i dag erstattet av nikkel-metallhydridbatterier.

Læringsressurser

Batterier og brenselceller – energi på farten

Hva er kjernestoff og tilleggsstoff?
SubjectEmne

Fagstoff

  • SubjectMaterialFagstoff

    Ulike typer brenselceller

    Tilleggsstoff
    AdditionalTilleggstoff
  • SubjectMaterialFagstoff

    Hva skjer i en alkalisk brenselcelle?

    Tilleggsstoff
    AdditionalTilleggstoff
  • SubjectMaterialFagstoff

    Historien om brenselceller

    Tilleggsstoff
    AdditionalTilleggstoff
  • SubjectMaterialFagstoff

    Fordeler og ulemper med brenselceller

    Tilleggsstoff
    AdditionalTilleggstoff
SubjectEmne

Oppgaver og aktiviteter