Jak baterie zdobyły władzę nad światem?

Prototyp baterii ma ponad 2 tysiące lat

Ludzie od zarania dziejów szukali sposobu na magazynowanie energii. Archeolodzy odnaleźli „urządzenie” uznane za prototyp baterii w okolicach Bagdadu; jego wiek ocenili na ok. 2000 lat. Składało się z glinianego słoja, cieczy, żelaznego prętu i miedzianego cylindra.

W późniejszych stuleciach próbowano m.in. pozyskiwać prąd z… żab. W 1780 r. fizjolog Luigi Galvani odkrył, że mięśnie żaby kurczą się, jeśli zostaną dotknięte jednocześnie dwoma różnymi metalami – nazwał to zjawisko „elektrycznością zwierzęcą”.

Czym lub kim jest „wolt”?

Odkrycie zainspirowało innego naukowca, Alessandro Voltę, do pogłębionych badań nad zjawiskiem elektryczności. W ich wyniku ogłosił, że wytwarzanie prądu nie jest powiązane z organizmami żywymi, ale metalami zanurzonymi w odpowiednim płynie, nazwanym elektrolitem. W 1800 r. zbudował pierwsze ogniwo galwaniczne – z krążków cynku i miedzi, papieru nasączonego kwasem oraz roztworu soli – nazwane „stosem Volty”. To od nazwiska tego wynalazcy wzięła się nazwa jednostki napięcia prądu – „wolt”.

Data Dnia Baterii jest hołdem dla uczonego i jego dorobku, gdyż przypada w rocznicę jego urodzin.

W kolejnych latach wynalazcy z całego świata pracowali nad udoskonaleniem ogniw, eksperymentując z różnymi metalami, najczęściej z cynkiem, miedzią, węglem, niklem i kadmem. W latach 50. XX w. wynaleziono i opatentowano używane do dziś ogniwa alkaliczne i litowe. Na bazie tych ostatnich opracowano najpopularniejsze obecnie ogniwa litowo-jonowe, wykorzystywane w akumulatorach stosowanych we współczesnych smartfonach i innych urządzeniach mobilnych. Poza nimi w sprzedaży są dostępne także baterie cynkowo-węglowe, srebrowe, litowo-manganowe, rtęciowe i cynkowo-węglowe.

Czym jest ogniwo galwaniczne?

To najprostszy układ złożony z dwóch elektrod – dodatniej katody i ujemnej anody – zanurzonych w elektrolicie, między którymi dochodzi do reakcji chemicznych; w chwili zamknięcia obwodu pojawia się napięcie. Ogniwo galwaniczne to jeszcze nie jest bateria (choć tego słowa używa się potocznie na określenie wszelkich przedmiotów magazynujących energię) – aby zasłużyć na takie miano, musi być ich przynajmniej dwa. Słowa „bateria” po raz pierwszy użył podobno Benjamin Franklin w 1748 r., kiedy zobaczył projekt kondensatora – jego budowa skojarzyła mu się z baterią artyleryjską.

Dzieci na pewno warto zapoznać je z prostym schematem budowy i działania ogniwa galwanicznego:

Jak działa bateria?

Młodszym dzieciom wystarczy informacja, że baterie to tzw. „przenośny prąd” albo zbiorniczki z prądem, dzięki którym mogą się np. poruszać lub mówić ich ulubione zabawki.

Nieco starszym warto spróbować przybliżyć zasadę działania baterii, podając przykłady z obserwacji natury, bo to dzięki niej ludzie od zarania dziejów dokonywali najróżniejszych wynalazków. Otóż najpopularniejszym rodzajem energii magazynowanej w przyrodzie jest energia chemiczna, która znajduje się m.in. w drewnie, węglu, gazie, benzynie. Dzięki reakcji spalania zamieniamy ją na światło, ciepło i ruch. Energii zgromadzonej w jedzeniu używamy do „napędzania” swoich ciał. Podobne co do istoty procesy zachodzą także w baterii.

Baterie są elektrochemicznymi źródłami zasilania prądem stałym, czyli płynącym w jednym, stałym kierunku. Składają się ze stalowej puszki, w której ukrywają się katoda (elektroda dodania) oraz anoda (elektroda ujemna), oddzielone specjalnym separatorem (niegdyś stosowano płyn, obecnie proszek). Kiedy baterię wkłada się do urządzenia, w jej środku zachodzi nieodwracalna reakcja chemiczna, w wyniku której wytwarzana jest energia elektryczna. Na identycznej zasadzie działają akumulatory.

Baterie czy akumulatory – które lepsze?

Baterie są jednorazowe, akumulator to taka „bateria” wielokrotnego użytku, którą można ładować. Jest oczywiście droższy, ale na dłuższą metę bardziej ekonomiczny i ekologiczny. Akumulatory są lepszym wyborem do urządzeń, których używamy często albo potrzebują dużo mocy (laptopy, lampy błyskowe, wkrętarki, szczoteczki do zębów), baterie – do potrzebujących jej mało latarek, lampek, pilotów, zegarów.

Fakty i mity na temat baterii

Baterie warto trzymać w lodówce

Stanowczo nie – niska temperatura skraca ich żywotność, co łatwo zaobserwować zimą na przykładzie naszych smartfonów (trzeba je częściej ładować). Baterie i akumulatory powinny być przechowywane w suchym, ciemnym i ciepłym miejscu, z dala od metalowych przedmiotów (to likwiduje ryzyko zwarcia), najlepiej w oryginalnym opakowaniu albo zamykanym plastikowym pudełku.

Baterie ładują się na kaloryferze

Przed laty była to popularna metoda przedłużania ich trwałość, ale nie dość, że nie jest efektywna, to jeszcze niebezpieczna – przegrzane mogą się zapalić.

W jednym urządzeniu można używać baterii różnych marek

Można – ale nie warto, ponieważ każda bateria cechuje się odmiennym poziomem mocy. Po prostu ta słabsza będzie „wyciągać” energię z mocniejszej, a obie szybciej się wyczerpią.

Przechowywanie naładowanej baterii

Jeśli planujemy nie używać baterii przez dłuższy czas, najpierw ją naładujmy i dopiero potem odłóżmy na półkę. W czasie przechowywania utraci ona nieco energii, ale nie na tyle, aby ulec uszkodzeniom.

Czy wiecie że…

• Największy na świecie akumulator znajduje się na Alasce (USA), w miejscowości Fairbanks – jest w stanie „utrzymać przy życiu” najważniejsze systemy w przypadku awarii tradycyjnego zasilania.
• Pewna studentka z USA wymyśliła ładowarkę, która jest w stanie naładować smartfona w… 30 sekund!
• Naukowcy pracują obecnie nad opracowaniem akumulatorów z… drewna.

Chroń naturę!

Baterie są oczywiście cudownym wynalazkiem, ale ponieważ każdego roku tylko w Polsce zużywa się ich ok. 250 mln sztuk, a do ich produkcji wykorzystuje się toksyczne metale (m.in. ołów, kadm, rtęć), trzeba z dużym rozsądkiem podejść do ich utylizacji.

NIE WOLNO WYRZUCAĆ BATERII DO ZWYKŁEGO KOSZA NA ŚMIECI. Do ich zbiórki przeznaczono specjalnie oznaczone pojemniki, wystawione często np. w supermarketach albo galeriach handlowych. Warto je tam wrzucać, ponieważ trafiają później do firm zajmujących się odzyskiwaniem surowców – w ten sposób podwójnie chronimy środowisko: nie tylko odzyskujemy metale, ale także oszczędzamy energię potrzebną do ich wydobycia.

W 1 tonie zużytych baterii znajduje się ok. 3 kg rtęci, 0,5 kg kadmu i kilka kilogramów niklu i litu. Nie wolno dopuścić do tego, aby przedostawały się do środowiska, ponieważ bardzo szkodzą wszystkim żywym organizmom, także człowiekowi.

Ołów uszkadza m.in. mózg i nerki

Rtęć – układ oddechowy i kostny

Kadm – wątrobę i układ krwionośny

Nikiel – powoduje nowotwory

Lit – uszkadza serce i skórę

JEDNA MALUTKA BATERIA UŻYWANA NP. DO ZEGARKÓW (TZW. GUZIKOWA) WYRZUCONA NP. NA ŁĄCE MOŻE SKAZIĆ 1 M³ GLEBY LUB 400 L WODY!

Warto zachęcić dzieci do zbiórki zużytych baterii i przystąpić do programu „Zbieraj baterie i telefony”, realizowanego w ramach kampanii „Włącz eko wyobraźnię” – dla klas i szkół przewidziano atrakcyjne nagrody (szczegóły nt. programu znajdują się na naszej stronie w zakładce „Aktualności”).

Propozycje prostych doświadczeń z bateriami – do zademonstrowania dzieciom w czasie zajęć:

https://www.youtube.com/watch?v=M1pSNA6ENtQ

https://www.youtube.com/watch?v=b4yRbmlB0ss

https://wiolawoloszyn.pl/jak-wytlumaczyc-dziecku-skad-sie-bierze-prad/

https://edukacja.bezpieczniki.tauron.pl/nauczyciel