Baterije su ključni element moderne tehnologije, prisutne u gotovo svakom uređaju koji koristimo. Od mobitela i prijenosnih računala do električnih vozila i velikih industrijskih sustava, baterije su postale neizostavne. No, jeste li se ikada zapitali kako baterije funkcioniraju, koje su sve vrste baterija dostupne te koje inovacije u baterijskoj tehnologiji oblikuju budućnost?

Ovaj blog istražuje sve što trebate znati o baterijama – od povijesti njihovog razvoja do najnovijih inovacija. Obrađujemo različite vrste baterija, njihove primjene, prednosti i izazove, te kako ih pravilno održavati kako biste produžili njihov vijek trajanja.

1. Povijest baterija

Prve baterije
Povijest baterija seže tisućama godina unazad, a prva poznata baterija je tzv. „Bagdadska baterija,“ koja potječe iz 250. godine prije Krista. Iako postoji spor oko toga jesu li te baterije korištene za električne svrhe ili u obredima, ostaje činjenica da su ljudi već u starom vijeku eksperimentirali s pohranom energije.

Alessandro Volta i Voltin stup
Moderna povijest baterija počinje krajem 18. stoljeća kada je Alessandro Volta izumio prvi pravi prototip baterije – Voltin stup. Ova baterija se sastojala od slojeva bakra i cinka odvojenih papirima natopljenim slanom vodom, stvarajući stalan tok električne struje. Ovo je bio ključan trenutak u povijesti znanosti, jer je Voltin stup postao prvi pravi izvor kontinuirane električne energije.

Razvoj tijekom 19. i 20. stoljeća
U 19. stoljeću uslijedila su brojna poboljšanja na području baterijskih tehnologija. Sir William Robert Grove je 1839. godine izumio prvi gorivi članak, a Gaston Planté je 1859. godine razvio prvu punjivu olovno-kiselinsku bateriju. Plantéova olovno-kiselinska baterija i dalje se koristi u modificiranim oblicima u automobilima i drugim primjenama.

S dolaskom 20. stoljeća, baterije su postale sve sofisticiranije. Suvremene tehnologije poput nikl-kadmij (NiCd) baterija pojavile su se početkom stoljeća, a litij-ionske baterije su početkom 1990-ih donijele revoluciju u prijenosnim elektroničkim uređajima.

2. Razumijevanje osnovne tehnologije baterija

Kako baterije rade?
Baterija je kemijski uređaj za pohranu energije. Sastoji se od jedne ili više elektroda uronjenih u elektrolit. Kemijske reakcije unutar baterije omogućuju prijenos elektrona između elektroda, stvarajući tako električnu struju. Baterije se dijele na primarne (jednokratne) i sekundarne (punjive) baterije.

a) Kemijske reakcije u baterijama

Svaka baterija ima anodu, katodu i elektrolit. Anoda je negativno nabijena elektroda koja oslobađa elektrone, dok katoda prima te elektrone. Elektrolit omogućuje protok iona između anode i katode. U slučaju litij-ionskih baterija, litijevi ioni putuju između elektroda kroz elektrolit, dok elektroni teku vanjskim krugom.

b) Razlika između primarnih i sekundarnih baterija

Primarne baterije su dizajnirane za jednokratnu upotrebu i ne mogu se puniti. Najčešće vrste primarnih baterija uključuju alkalne baterije, koje se koriste u uređajima poput daljinskih upravljača i svjetiljki. Sekundarne baterije, s druge strane, mogu se puniti i koristiti više puta. Najpoznatiji primjeri su litij-ionske, olovno-kiselinske i nikal-metal-hidridne (NiMH) baterije.

3. Različite vrste baterija i njihove primjene

a) Alkalne baterije

Alkalne baterije su najčešći tip primarnih baterija. Koriste alkalni elektrolit (najčešće kalijev hidroksid), zbog čega pružaju stabilnu i dugotrajnu energiju. One su prikladne za niskopotrošne uređaje kao što su daljinski upravljači, svjetiljke i igračke.

b) Litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije su sekundarne baterije koje se često koriste u prijenosnim elektroničkim uređajima kao što su pametni telefoni, prijenosna računala i električna vozila. One su lagane, imaju veliki kapacitet pohrane energije i dugo trajanje. Njihova popularnost raste, ali su osjetljive na pregrijavanje i oštećenja ako se nepravilno koriste.

c) Olovno-kiselinske baterije

Olovno-kiselinske baterije su jedna od najstarijih i najpouzdanijih baterijskih tehnologija. Koriste se u automobilima, industrijskim vozilima i velikim sustavima za pohranu energije. Njihova prednost leži u niskim troškovima i sposobnosti isporuke velikih struja. Nedostatak je njihova težina i potreba za redovitim održavanjem.

d) AGM baterije

AGM (Absorbent Glass Mat) baterije su poboljšana verzija olovno-kiselinskih baterija. Koriste tehnologiju staklene mreže koja upija elektrolit, što ih čini otpornijima na curenje i omogućava dulji vijek trajanja. Ove baterije se sve više koriste u solarnim sustavima, plovilima i kamp vozilima.

e) LFP baterije

Litij-željezo-fosfat (LFP) baterije su varijanta litij-ionskih baterija, poznata po svojoj visokoj sigurnosti i dugovječnosti. Ove baterije se sve više koriste u solarnim sustavima, električnim vozilima i industrijskim primjenama jer su izdržljive i mogu izdržati veliki broj ciklusa punjenja i pražnjenja.

f) Nikal-metal-hidridne (NiMH) baterije

NiMH baterije su sekundarne baterije koje su popularne zbog svog velikog kapaciteta i dugog vijeka trajanja. Koriste se u raznim potrošačkim uređajima, od bežičnih telefona do električnih alata. Njihova glavna prednost je što nemaju problem s memorijskim efektom, za razliku od starijih NiCd baterija.

4. Inovacije u baterijskoj tehnologiji

Solid-state baterije
Jedna od najnovijih inovacija u području baterija su solid-state baterije. Umjesto tekućeg elektrolita, ove baterije koriste čvrste materijale za prijenos iona. To rezultira većom gustoćom energije, sigurnijim performansama i duljim vijekom trajanja. Solid-state baterije su još uvijek u fazi razvoja, ali se očekuje da će revolucionirati industrije poput električnih vozila i skladištenja energije.

Grafenske baterije
Grafen je novi materijal koji je izuzetno lagan, jak i dobar vodič. Grafenske baterije su još jedna tehnologija u usponu, koja obećava brže punjenje, dulje trajanje i veću sigurnost u usporedbi s konvencionalnim litij-ionskim baterijama. Grafenske baterije se trenutno istražuju za primjenu u električnim vozilima i prijenosnim uređajima.

Baterije na bazi vodika
Baterije na bazi vodika koriste gorivne članke za proizvodnju električne energije putem kemijske reakcije između vodika i kisika. Ova tehnologija se najviše koristi u automobilima na vodik, kao što su Toyota Mirai i Hyundai Nexo. Prednost vodikovih baterija je što ispuštaju samo vodenu paru kao nusprodukt, što ih čini ekološki prihvatljivima.

5. Primjene baterija

Električna vozila
Baterije su ključni element električnih vozila (EV). Litij-ionske baterije trenutno dominiraju tržištem električnih automobila zbog svoje visoke gustoće energije, što omogućuje dug domet vozila. Tesla, Nissan i mnogi drugi proizvođači koriste ovu tehnologiju kako bi omogućili prijelaz na održiva prijevozna sredstva.

Solarni sustavi
Baterije igraju ključnu ulogu u solarnim sustavima, omogućujući pohranu energije proizvedene tijekom sunčanih sati za kasniju upotrebu. Ove baterije omogućuju korisnicima solarnog sustava da koriste pohranjenu energiju tijekom noći ili oblačnih dana, čime smanjuju ovisnost o mrežnoj struji.

Prijenosni uređaji
Litij-ionske baterije revolucionirale su prijenosne uređaje kao što su pametni telefoni, tableti i prijenosna računala. Dugotrajna baterija je ključna za ove uređaje kako bi korisnicima omogućila cjelodnevno korištenje bez potrebe za čestim punjenjem.

Industrijske primjene
Industrijski sustavi za pohranu energije koriste velike baterije za stabilizaciju opskrbe energijom. Ove baterije osiguravaju kontinuiranu opskrbu električnom energijom tijekom vršnih opterećenja i pomažu u održavanju stabilnosti mreže.

6. Povijesni razvoj različitih tehnologija baterija

Kroz stoljeća, baterije su se razvijale i prilagođavale potrebama društva, od malih prijenosnih uređaja do velikih industrijskih sustava. U ovom dijelu bloga detaljnije ćemo istražiti povijest i evoluciju različitih tehnologija baterija.

a) Prve eksperimentalne baterije

Bagdadska baterija
Prva poznata baterija, tzv. “Bagdadska baterija,” otkrivena je u današnjem Iraku i datira iz oko 250. godine prije Krista. Sastojala se od bakrene cijevi, željeznog štapa i glinenog vrča, a pretpostavlja se da je mogla proizvoditi nisku razinu električne energije kada bi se napunila kiselom tekućinom poput octa. Međutim, ostaje nejasno je li Bagdadska baterija doista korištena kao izvor energije ili za druge svrhe, poput pozlaćivanja metala.

Voltin stup (1800.)
Najznačajniji korak u povijesti baterija napravio je Alessandro Volta, koji je 1800. godine izumio Voltin stup, prvu pravu bateriju koja je mogla kontinuirano isporučivati električnu energiju. Voltin stup sastojao se od slojeva bakra i cinka, odvojenih slojevima papira natopljenih slanom vodom. Njegovo otkriće ne samo da je postavilo temelje za modernu elektroniku već je i omogućilo razvoj elektromagnetskih uređaja.

b) 19. stoljeće – uspon olovno-kiselinskih baterija

Otkriće olovno-kiselinske baterije (1859.)
Gaston Planté je 1859. godine izumio prvu punjivu bateriju – olovno-kiselinsku bateriju. Ovo otkriće bilo je revolucionarno jer je omogućilo skladištenje velike količine energije, koja se mogla koristiti u električnim vozilima, signalnim sustavima i raznim industrijskim primjenama. Olovno-kiselinske baterije brzo su stekle popularnost zbog svoje relativno niske cijene i pouzdanosti.

Primjena u automobilima
Početkom 20. stoljeća, olovno-kiselinske baterije počele su se koristiti u prvim električnim automobilima, a kasnije su postale standardna oprema za startanje benzinskih motora. Njihova sposobnost isporuke velike struje u kratkom vremenu učinila ih je idealnim za pokretanje motora, a do danas su ostale nezamjenjive u automobilima.

c) 20. stoljeće – razdoblje inovacija

Nikl-kadmij (NiCd) baterije (1899.)
Krajem 19. stoljeća, Waldemar Jungner razvio je nikl-kadmij (NiCd) bateriju, koja je imala veći kapacitet i dulji vijek trajanja od olovno-kiselinskih baterija. NiCd baterije brzo su postale popularne za prijenosne električne uređaje, poput bežičnih alata i uređaja za komunikaciju, jer su bile robusnije i mogle su izdržati veći broj ciklusa punjenja i pražnjenja. Međutim, NiCd baterije imaju značajan nedostatak – memorijski efekt, koji smanjuje kapacitet baterije ako se ne puni ispravno.

Nikl-metal-hidridne (NiMH) baterije (1967.)
Kako su potrebe za ekološki prihvatljivijim baterijama rasle, razvijena je tehnologija nikl-metal-hidridnih (NiMH) baterija. Ove baterije bile su poboljšana verzija NiCd baterija, s većim kapacitetom i bez memorijskog efekta. U početku su korištene u prijenosnim računalima, mobitelima i drugim potrošačkim uređajima. S obzirom na to da su ekološki prihvatljivije i sigurnije za korištenje, NiMH baterije su dugo bile standard u mnogim elektroničkim uređajima.

d) Revolucija litij-ionskih baterija

Početak razvoja litij-ionskih baterija (1970-ih)
Litij-ionske baterije razvijene su 1970-ih godina kao odgovor na rastuće potrebe za laganim, punjivim baterijama s velikim kapacitetom. Njihova glavna prednost u odnosu na prethodne tehnologije bila je visoka energetska gustoća, što znači da su mogle pohraniti više energije u manjem i lakšem paketu. To ih je učinilo idealnim za prijenosne uređaje, poput pametnih telefona, prijenosnih računala i kasnije električnih automobila.

Komercijalizacija litij-ionskih baterija (1991.)
Litij-ionske baterije postale su komercijalno dostupne 1991. godine zahvaljujući Sonyju i Asahi Kaseiju, koji su razvili prvu komercijalno održivu verziju ove tehnologije. Ove baterije brzo su postale dominantne u industriji potrošačke elektronike zbog svoje sposobnosti brzog punjenja, velikog kapaciteta i dugog životnog vijeka.

Litij-željezo-fosfat (LFP) baterije (1996.)
Litij-željezo-fosfat (LFP) baterije razvijene su 1996. godine kao sigurnija alternativa standardnim litij-ionskim baterijama. Ove baterije imaju duži ciklički vijek i manju tendenciju pregrijavanja, što ih čini idealnim za primjenu u solarnim sustavima, električnim vozilima i industrijskim primjenama.

7. Detaljno o različitim vrstama baterija

a) Alkalne baterije

Alkalne baterije su jedna od najčešćih vrsta baterija i koriste se u svakodnevnim uređajima, poput daljinskih upravljača, svjetiljki i igračaka. Sastoje se od cinkove anode, mangan-dioksidne katode i kalijevog hidroksida kao elektrolita. Alkalne baterije imaju dugotrajnu stabilnu izlaznu snagu i relativno su jeftine za proizvodnju, što ih čini popularnim izborom za mnoge potrošačke proizvode.

Prednosti alkalnih baterija:

• Dugo trajanje u uređajima s niskom potrošnjom energije
• Pristupačna cijena
• Sigurne za korištenje i ekološki prihvatljive (većina se može reciklirati)

Nedostaci:

• Nisu punjive
• Gubitak kapaciteta pri višim opterećenjima

b) Litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije revolucionalizirale su svijet prijenosne elektronike, donoseći iznimno lagane i dugotrajne izvore energije za uređaje poput mobitela, prijenosnih računala i drugih prijenosnih uređaja.

Kako rade litij-ionske baterije?
Litij-ionske baterije koriste litijeve ione koji se kreću između anode i katode kroz elektrolit, dok elektroni teku vanjskim krugom, stvarajući električnu struju. Anoda je obično izrađena od ugljika (grafita), dok katoda može biti od različitih materijala, poput litij-kobalt-oksida ili litij-željezo-fosfata.

Primjena:
Najčešće se koriste u potrošačkoj elektronici, prijenosnim računalima, mobilnim telefonima, električnim automobilima i solarnim sustavima za pohranu energije.

Prednosti:

• Velika energetska gustoća (velika količina energije u malom volumenu)
• Nema memorijskog efekta
• Dug životni vijek

Nedostaci:

• Osjetljive na pregrijavanje
• Skuplje za proizvodnju u odnosu na alkalne i olovno-kiselinske baterije

c) Olovno-kiselinske baterije

Olovno-kiselinske baterije su jedna od najstarijih i najpouzdanijih tehnologija baterija. Najčešće se koriste u automobilima, kamionima, teškim strojevima i velikim sustavima za pohranu energije. Ove baterije funkcioniraju putem kemijske reakcije između olovne anode, olovne dioksidne katode i elektrolita koji se sastoji od sumporne kiseline.

Prednosti:

• Relativno niska cijena
• Mogu isporučiti velike struje
• Dugotrajnost i pouzdanost

Nedostaci:

• Težina i veličina
• Potrebno redovito održavanje (dopunjavanje elektrolita)
• Niska energetska gustoća u usporedbi s modernijim baterijskim tehnologijama

d) AGM (Absorbent Glass Mat) baterije

AGM baterije su napredna vrsta olovno-kiselinskih baterija, dizajnirana za bolje performanse i dulji vijek trajanja. Koriste staklenu mrežu koja apsorbira elektrolit, čime se smanjuje mogućnost curenja elektrolita i produžuje trajanje baterije.

Primjena:
Najčešće se koriste u solarnim sustavima, kamp vozilima, brodovima i rezervnim sustavima napajanja.

Prednosti:

• Manja potreba za održavanjem u odnosu na klasične olovno-kiselinske baterije
• Bolja otpornost na vibracije i udarce
• Brzo punjenje i veća sigurnost

Nedostaci:

• Viša cijena u usporedbi s klasičnim olovno-kiselinskim baterijama

e) LFP (Litij-željezo-fosfat) baterije

LFP baterije su varijanta litij-ionskih baterija koje se odlikuju izuzetnom sigurnošću, dugim vijekom trajanja i visokom otpornošću na duboko pražnjenje. Ove baterije imaju manju gustoću energije u usporedbi s drugim litij-ionskim baterijama, ali su otpornije na visoke temperature i pregrijavanje.

Primjena:
Sve više se koriste u solarnim sustavima, električnim vozilima i brodovima zbog svoje sigurnosti i pouzdanosti.

Prednosti:

• Dug ciklusni vijek (mogu podnijeti veliki broj ciklusa punjenja i pražnjenja)
• Manje podložne pregrijavanju
• Sigurnije za korištenje u teškim uvjetima

Nedostaci:

• Niža energetska gustoća u odnosu na druge litij-ionske baterije
• Skuplje za proizvodnju

8. Održavanje i sigurnosne smjernice za baterije

a) Pravilno održavanje baterija

Pravilno održavanje baterija može značajno produžiti njihov vijek trajanja i osigurati sigurnu upotrebu. Baterije koje nisu pravilno održavane mogu izgubiti kapacitet, skratiti svoj vijek trajanja ili čak postati opasne za korištenje.

Održavanje olovno-kiselinskih baterija:
Olovno-kiselinske baterije zahtijevaju redovito održavanje, poput provjere razine elektrolita i dopunjavanja destiliranom vodom. Također je važno redovito provjeravati napon kako bi se spriječilo duboko pražnjenje, što može skratiti životni vijek baterije.

Održavanje litij-ionskih baterija:
Litij-ionske baterije ne zahtijevaju mnogo održavanja, ali ih je važno držati na odgovarajućim temperaturama. Pregrijavanje ili izlaganje vrlo niskim temperaturama može skratiti njihov vijek trajanja. Također, važno je izbjegavati potpuno pražnjenje baterije, jer to može oštetiti ćelije.

Održavanje NiMH baterija:
Nikal-metal-hidridne baterije zahtijevaju pravilno punjenje kako bi se izbjegao memorijski efekt, iako je ovaj problem manje izražen nego kod starijih NiCd baterija. Najbolje je puniti ove baterije prije nego što se potpuno isprazne.

b) Sigurnosne smjernice za korištenje baterija

Baterije, osobito litij-ionske, mogu biti opasne ako se ne koriste pravilno. Evo nekoliko ključnih sigurnosnih smjernica:

1. Izbjegavajte pregrijavanje: Nikada ne izlažite baterije ekstremno visokim temperaturama jer to može izazvati pregrijavanje, oštećenje ćelija i, u najgorem slučaju, požar ili eksploziju.
2. Nemojte probijati baterije: Fizičko oštećenje baterija može izazvati kratki spoj i uzrokovati curenje elektrolita ili, u slučaju litij-ionskih baterija, požar.
3. Koristite odgovarajuće punjače: Uvijek koristite punjače koji su preporučeni od strane proizvođača baterije. Korištenje neodgovarajućih punjača može dovesti do prepunjavanja ili nepravilnog punjenja, što može oštetiti bateriju ili stvoriti sigurnosne rizike.

9. Inovacije i budućnost baterijske tehnologije

Tehnologija baterija stalno napreduje, a istraživači rade na razvijanju novih i učinkovitijih baterijskih sustava koji mogu zadovoljiti sve veće energetske potrebe.

a) Solid-state baterije

Solid-state baterije predstavljaju jednu od najznačajnijih inovacija na području baterijskih tehnologija. Ove baterije koriste čvrsti elektrolit umjesto tekućeg, što povećava sigurnost, poboljšava energetski kapacitet i omogućuje brže punjenje. Zbog svoje otpornosti na pregrijavanje, solid-state baterije imaju ogroman potencijal za primjenu u električnim vozilima.

b) Grafenske baterije

Grafen, jedan od najčvršćih i najlakših materijala na svijetu, nudi iznimne mogućnosti za budućnost baterija. Grafenske baterije mogu se puniti brže od konvencionalnih litij-ionskih baterija, imaju dulji vijek trajanja i manje se zagrijavaju. Trenutno su u fazi razvoja, ali se očekuje da će u skoroj budućnosti revolucionirati industriju prijenosnih uređaja i električnih vozila.

c) Baterije na bazi vodika

Vodik kao gorivo za baterije nudi potencijal za održiviji način skladištenja i korištenja energije. Baterije na bazi vodika koriste gorivne članke za proizvodnju električne energije putem kemijske reakcije između vodika i kisika, a jedini nusprodukt ovog procesa je vodena para. Ove baterije već se koriste u automobilima na vodik, ali se istražuje njihova primjena i u drugim industrijama.

Zaključak

Baterije su ključne za funkcioniranje modernog svijeta. S obzirom na ubrzan razvoj tehnologija, od litij-ionskih baterija do solid-state i grafenskih baterija, mogućnosti za pohranu energije postaju sve naprednije i prilagođene različitim primjenama. Razumijevanje različitih tipova baterija, njihove primjene, prednosti i nedostatke, može vam pomoći da donesete informirane odluke prilikom odabira baterije za vaše specifične potrebe.

Bilo da tražite bateriju za solarni sustav, električno vozilo ili prijenosni uređaj, ključno je odabrati pravu tehnologiju koja odgovara vašim zahtjevima. U našem web shopu možete pronaći širok izbor baterija koje odgovaraju svim vašim potrebama.