Baterijas

Baterijas
Sadzīves un profesionālajās elektroniskajās iekārtās plaši izmanto dažādu tipu un izmēru ķīmiskos strāvas avotus – baterijas. Bateriju sastāvā ir dažādas ķīmiskas vielas, kā sārmi, skābes, kadmijs, dzīvsudrabs cinks un citas, kuras ir kaitīgas videi un cilvēku veselībai.
Ja izlietotās baterijas netiek savāktas atsevišķi un nodotas drošai uzglabāšanai vai pārstrādei, tad piesārņojošās vielas nonāk apkārtējā vidē un tas ir kaitīgi gan cilvēkiem, gan dzīvniekiem. Rezultātā smagie metāli, ko satur baterijas piesārņo augsni un apkārtējo vidi. Var notikt arī dzeramā ūdens piesārņošanās un šo vielu uzkrāšanās augos un dzīvnieku organismos. Tālāk arī šīs vielas var nonākt pārtikas produktos un cilvēki var ciest. Latvijā izlietotās baterijas ietilps bīstamo atkritumu kategorijā un tās nepieciešams izmest speciālos konteineros. Pavisam Latvijā ir izvietoti apmēram 3000 individuālie bateriju savākšanas punkti. Tie atrodas gan bateriju tirdzniecības iestādēs, gan izglītības iestādēs, kā arī dažādās sabiedriskajās iestādēs.
Bīstamas vielas saturošu bateriju un akumulatoru apsaimniekošana ir ļoti svarīga lai nekaitētu apkārt esošajiem cilvēkiem un dzīvniekiem.
*Lielākoties mūsdienās ražo baterijas, kuras nav bīstamas videi un cilvēkiem, bet ir arī tādas, kuras satur bīstamas vielas.
*Bīstamas vielas saturoša baterija vai akumulators ir elektriskās enerģijas avots, kurā enerģija rodas pēc
ķīmiskās enerģijas tiešas pārveidošanas un kurš sastāv no vienas vai vairākām primārām (neuzlādējamām) vai sekundārām (atkārtoti uzlādējamām) daļām.
* Tirgotājs, kurš tirgo baterijas vai akumulatorus, nodrošina izlietoto bateriju vai akumulatoru pieņemšanu no patērētāja bez maksas neatkarīgi no tā, vai pircējs ir iegādājies šīs baterijas vai akumulatorus attiecīgajā uzņēmumā vai citur.
Mūsdienās ir dažāds baterijas piemēram saules baterijas – pusvadītāju foto elektriskais ģenerators Saules starojuma enerģijas tiešai pārvēršanai elektriskajā enerģijā. Saules gaismas vietā var lietot arī citas izcelsmes elektromagnētisko starojumu ar līdzīgu darbošanās spēju.
Saules baterija sastāv no silīcija, kadmija sulfīda vai gallija arsenīda fotoelementiem, kuri būtībā ir lielas pusvadītāju foto diodes ar lielu pārejas laukumu. Lai arī no gallija arsenīda var izgatavot saules baterijas ar visaugstāko lietderības koeficientu, tās sanāk ārkārtīgi dārgākas par silīcija saules baterijām. Lielāko daļu saules bateriju ražo no silīcija.
1. No mono kristāliskā silīcija. Šī tehnoloģija tika izstrādāta visātrāk. Šādas saules baterijas sanāk ļoti dārgas, jo tur ir nepieciešams ļoti tīrs mono kristālisks silīcijs un ražošanas apstākļi līdzīgi kā mikroshēmu ražošanā, taču šajām saules baterijām ir relatīvi labs lietderības līmenis.
2. No poli kristāliskā silīcija. Šī tehnoloģija tika izstrādāta vēlāk, te ir mazākas ražošanas izmaksas, jo nav nepieciešami silīcija mono kristāli, taču efektivitāte ir mazāka.
Saules bateriju jauda var sasniegt vairākus desmitus kW.
Saules baterijas lieto galvenokārt kosmisko lidaparātu elektroapgādei, jo tur ir problemātiski nodrošināt kādus citus enerģijas avotus. Saules baterijas dažreiz lieto arī kā elektroenerģijas avotus nomaļās, saulainās vietās, kā arī dažiem kalkulatoriem. Bateriju sastāvā ir dažādas ķīmiskas vielas, kā sārmi, skābes, kadmijs, dzīvsudrabs cinks un citas, kuras ir kaitīgas videi un cilvēku veselībai. Ja izlietotās baterijas netiek savāktas atsevišķi un nodotas drošai uzglabāšanai vai pārstrādei, tad piesārņojošās vielas nonāk apkārtējā vidē. Rezultātā smagie metāli, ko satur baterijas piesārņo augsni un apkārtējo vidi.
Saules baterija ir pusvadītāju foto elektroniskais ģemerātors. Saules baterijas ļauj saules enerģiju tieši pārveidot elektroenerģijā. Saules gaismas vietā var izmantot arī citu gaismu, kurai ir līdzīgs viļņa garums. Šim elektroenerģijas ieguves veidam nākotnē ir liels potenciāgls. Saules baterijas tik tagad ir progresējušas līdz tādam līmenim, lai varētu apgādāt māju ar elektrību, kas iegūta no saules staru enerģijas. Protams, iegādājoties šādu elektroenerģijas apgādes veidu savai mājai, par elektrību nebūs jāmaksā. Vienīgais saules bateriju trūkums, ka saules baterijas ir diezgan dārgas, taču baterijas atmaksājas aptuveni 10 gadu laikā.
Baterijas ir kļuvušas par neatņemamu mūsu dzīves sastāvdaļu – tās mēs izmantojam ik dienas gan disku atskaņošanas iekārtās, gan pulksteņos, radioaparātos un fotoaparātos, pat rotaļlietās un daudzās citās ierīcēs, bez kurām dzīve šķiet neiedomājama.
Taču kas notiek ar vecajām baterijām, kad tās ir izlietotas? Visbiežāk mēs tās izmetam tuvākajā atkritumu urnā dažreiz pat nometam zemē, nemaz neiedomājoties par videi un, protams, arī mums pašiem radīto kaitējumu.
Tieši tāpēc ir svarīgi ne tikai izmest izlietotās baterijas tām speciāli paredzētajās atkritumu urnās, bet arī izprast, kādu ļaunumu tās spēj nodarīt.
Bateriju ražošanā izmanto dažādus metālus un to savienojumus, no kuriem zināmākie ir varš, niķelis, cinks, mangāns, nātrijs un kālijs. Savulaik to ražošanā plaši izmantoja arī svinu, kadmiju, dzīvsudrabu un to savienojumus – toksiskas un kancerogēnas vielas. Kancerogēnu iedarbība izjauc šūnu normālo augšanas gaitu, tādējādi radot labvēlīgu augsni vēža un citu audzēju šūnu attīstībai. Tā, piemēram, dzīvsudrabs, nokļūstot cilvēka organismā, cirkulē asinsrites sistēmā, sadalās pa visu ķermeni un nogulsnējas nierēs, aknās un smadzeņu apvalkā. Savukārt svins var izraisīt pat anēmiju. Taču visbīstamākais no visiem iepriekš minētajiem metāliem cilvēka veselībai ir kadmijs, kurš uzkrājas nierēs, matos un kaulaudos. Jaunāko bateriju ražošanā izmanto arī tādus retos metālus kā titāns, litijs, rubīdijs, lantāns un citi.
Tieši tāpēc ir ļoti svarīgi nepieļaut baterijās esošo bīstamo vielu nonākšanu vidē – ūdeņos, augsnē, dzīvniekos un beigu beigās arī pārtikā. Saindēšanās ar smagajiem metāliem cilvēkiem, kuru darbs nav tieši saistīts ar šo vielu profesionālu izmantošanu, parasti nenotiek vienā dienā. Taču, šiem metāliem un to savienojumiem nokļūstot vidē, tie pamazām var uzkrāties arī cilvēka organismā, izraisot nopietnas saslimšanas, ļaundabīgos audzējus ieskaitot.

Ko darīt ar izlietotajām baterijām?

Pēc aptuveniem aprēķiniem, Latvijā ik gadu pārdošanai tiek ievesti vairāk nekā astoņi miljoni dažādu bateriju. 5-10% no kopējā baterijas svara ir metāli, tātad Latvijā katru gadu atkritumos nonāk aptuveni 40-50 tonnu dažādu toksisku materiālu.
Un tomēr – kur nogādāt izlietotās baterijas, ja dzīvesvietas tuvumā neatrodas neviena īpašā kaste nevajadzīgajām baterijām? Jāatzīmē, ka LR Ministru kabineta 2001. gada 18. decembrī pieņemtie noteikumi Nr. 529 «Atsevišķu veidu bīstamo atkritumu apsaimniekošanas kārtība» paredz, ka ikvienam, kurš tirgo baterijas, ir pienākums pieņemt atpakaļ izlietotās. Turklāt tas jādara bez maksas un neatkarīgi no tā, kur pircējs tās ir iegādājies.
Arī organizācija «Zaļā josta» grib pievērst sabiedrības uzmanību bateriju savākšanai, tāpēc ikgadējā skolēnu konkursa, kurš šogad noritēs ar devīzi «Vēro! Pamani! Rīkojies!», ietvaros skolēni savā starpā varēs sacensties savākto atkritumu daudzumā. Skolēnu uzdevums būs savākt gan elektriskās un elektroniskās iekārtas, gan baterijas.
Baterija ir ierīce, kur ķīmiskas reakcijas rezultātā rodas elektroenerģija. Tā kā elektrību ne vienmēr var ražot laikā un vietā, kur tā vajadzīga, tika izstrādāta bateriju ražošana, lai nodrošinātu viegli transformējamu elektriskās enerģijas avotu. Baterijas parasti nodrošina ar enerģiju visdažādākās ierīces, tai skaitā, rokas pulksteņus, mobilos telefonu, kā arī pavadoņus kosmosā. Izšķir divu veidu dažādas baterijas – baterijas un akumulatorus. Akumulatori ir uzlādējamas ierīces, bet baterijas ir paredzētas vienreizējai lietošanai.
Pirms 200 gadiem Pāvijas universitātes fizikas profesors Aleksandro Volta(1745-1827) sarindoja vara, tūbas, cinka, atkal vara, tūbas, cinka u.t.t. ripiņas stikla caurulē un uzlēja tām ieskābinātu šķīdumu. Šķīdumā sākās ķīmiska reakcija, kuras rezultātā radās elektrība. Tika izgudrota pirmā elektriskā baterija jeb galvaniskais elements. Tika likti pamati elektrības zinātnē. Šo Volta izgudrojumu kā barošanas avotu izmantoja tikai pirmie telegrāfa izgudrotāji. Ilgu laika posmu izgudrojumam nebija liela pieprasījuma.
Ja ir apsvērta doma iegādāties jaunu mobilo telefonu, portatīvo datoru vai jebkuru ierīci, kura enerģiju iegūst no baterijas vai akumulatora tad īpaša vērība jāpievērš baterijas, akumulatora darbības ilgumam. Šis faktors ir atkarīgs ne tikai no tā, cik mobilais telefons vai portatīvais dators patērē enerģiju, bet arī no tā, cik baterija ir jaudīga un kāds ir baterijas tips. Mūsdienās visos mobilajos telefonos, kabatas datoros un citās portatīvajās ierīcēs izmanto četrus dažādus barošanas elementus: niķeļa kadmija, niķeļa metālhidroksīda, litija jonu, litija polimēra. Pirmo divu elementu trūkums ir atmiņas efekts, kura cēlonis – īpaši virsmas lādiņi. To lādēšanas ierīce izprot kā papildinājumu līdz pilnai uzlādei – tādēļ pārtrauc lādēšanu.
Tehnaloģija, kā var izgatavot niķeļa kadmija baterijas tika izveidota 1899.g., bet pilnībā šāda veida baterijas tika pilnveidotas līdz 1947. gadam, tad arī tika izgatavots hermētiskais niķeļa kadmija barošanas elements, kas plaši tiek izmantots arī mūsdienās. Iespējams, ka niķeļa kadmija baterijas vēl ilgu laiku skaitīsies pašas izdevīgākās, jo tām ir zema cena un to ilgdarbīga ir pietiekoši liela. Tās var strādāt lielā temperatūras diapazonā, kā arī tās ir izturīgākas par citām baterijām.
Plašāk tiek izmantotas niķeļa-metālhidrīda baterijas. Tās lieto telefonos jau no 1990. gada. Šīs baterijas ir daudz vieglākas par niķeļa metālhidrīda baterijām, kā arī ir mazāka izmēra. Tās nav tik viegli sabojājamas kā niķeļa metālhidrīda baterijas, kā arī videi šīs baterijas nav tik kaitīgas. Šo bateriju nekādā gadījumā nedrīkst lādēt ilgāk par divām dienām.
Pirmie mēģinājumi radīt litija jona bateriju notika 1912.gadā, bet tikai 1970.gada parādījās pirmie piedāvājumi, kuras varēja iegādāties cilvēki. Diemžēl baterijas lielu atsaucību neieguva, jo nereti notika nelieli sprādzieni un ugunsgrēki, litija jona bateriju dēļ. Uzlādes laikā baterijas sakarsa, kusa, kā arī notika dažādas ķīmiskas reakcijas starp to elementiem. Mūsdienās šīs problēmas ir novērstas. Galvenās šīs baterijas priekšrocības, protams, ir tās nelielais izmērs, svars, kā arī baterijas mazais pašizlādēšanās koeficents. Galvenais tās trūkums šobrīd ir baterijas palielā cena. Tas ir saistīts ar to, ka katrs baterijas elements satur atsevišķu shēmu, kas kontrolē uzlādes procesu. Litija jona baterijas ir ieteicams lietot no 1 līdz vienam ar pusi gadiem, bet ar katru jaunāko izgudroto litija bateriju tās lietošanas ilgums palielinās.
Šīs baterijas ir vislabākās no visām citām pieejamajām baterijām, jo tās ir fantastiski vieglas, mazas, kā arī tās var pieņemt jebkuru netradicionālu formu. Tādejādi telefonu var padarīt vēl mazāku, jo bateriju var izveidot tādu, lai tā aizņemtu telefona brīvo vietu. Trūkums gan ir tas, ka baterijām nav tik daudz enerģijas, bet jaunie telefoni jau nav sevišķi “ēdelīgi”. Savukārt šīs baterijas ir vēl dārgākas par litija jona baterijām. Kā arī dažiem telefoniem rodas problēmas ar izlādes līmeņa noteikšanu. Šo bateriju nedrīkst ilgi atstāt salā, tas var galīgi nobendēt baterijas mehānismu. Litija polimēra baterijas jau izmanto mobilajos tālruņos, kas deva iespēju samazināt tālruņu masu gandrīz līdz 83g un 72g svaram. Ir cerības, ka tuvākajā laikā ar litija polimēra baterijām tiks aprīkotas arī videokameras.
Saules baterijas parasti mēdz izvietot uz ēku jumtiem, fasādēm, arhitektoniskiem elementiem, līdz ar to enerģijas piegādes ceļš līdz lietotājam ir minimāls. Ēkā atrodas pārveidotājs, kas saules baterijas ražoto līdzstrāvu pārveido maiņstrāvā pašpatēriņa un enerģijas pārpalikuma ievadīšanai elektroniskajā tīklā. Aizvien lielāku nozīmi gūst informāciju tehnoloģijas, par pat teikt, ka bez interneta, e-mail uct, iespējām vairs nav iedomājama normāla ikdienas dzīve. Serveru, pat individuālu datoru, normālas darbības nodrošināšanai raksturīgā tīkla sprieguma kvalitāte bieži nav pietiekoša un tiek uzstādīti nepārtrauktas barošanas avoti/UPS/. To neatņemama sastāvdaļa ir parastais, ķīmiskais akumulators elektroenerģijas uzkrāšanai. UPS akumulatorus varētu izmantot saules elektroenerģijas uzkrāšanai dienas gaišajā laikā, lai tā segtu patēriņu naktīs vai tīkla elektroenerģijas piegādes pārtraukuma brīžos. Izmantojot saules baterijas, tas ir iespējams jebkurā vietā uz zemeslodes, ikviens šodienas individuālais tīkla elektroenerģijas patērētājs kļūtu par enerģijas ražotāju dienas gaišajā laikā, bet patērētu to no tīkla, ja individuāli vai tuvumā nav uzstādīts akumulators, laikā, kad saules enerģijas nepietiek. Tātad saules baterijas vajadzētu piestiprināt pie statīviem, kuru pozīcijas varētu mainīt gan automātiski ,gan ar datora programmas palīdzību, gan manuāli, lai cilvēkam būtu papildus drošība, ka viņš visu kontrolē.
Itāļu zinātnieki izstrādājuši saules baterijas, kuru pamatā ir mellenes. Detalizēta tehnoloģijas apraksta pagaidām nav, taču ir zināms, ka baterijās tiek izmantots no ogām iegūts pigments, kurš ir ” ieslēgts” starp divām plānām plastikāta plāksnēm. Jauno bateriju lietderības koeficents gan ir krietni zemāks nekā kvalitatīvām saules baterijām, kas veidotas uz silīcija bāzes, taču melleņu baterijas ir krietni lētākas.To izmaksas uz vienu vatu ir salīdzināmas ar šobrīd visbiežāk izmantojamo saules bateriju izmaksām, tādēļ šī tehnoloģija var izrādīties izdevīga. Turklāt zinātnieki sola uzlabot sava izstrādājuma efektivitāti.

Ar citrona palīdzību var radīt enerģiju, kas ir līdzīga baterijas radītajai.Ir nepieciešama tērauda papīra saspraude un misiņa saspraude. Tās ir jāiedur citronā un ar elektrības vadiņu palīdzību jāpiestiprina neliela spuldzīte, lai pārliecinātos par iznākumu. Citrona sula izraisa elektroķīmisku reakciju, kas tādā veidā liek iedegties spuldzītei.
Ābols, kartupelis vai citrons kalpos kā baterijas elektrolīts
Metāla priekšmeti: dzelzs nagla un alumīnija skrūve, vara saspraude, un monētas būs baterijas elektrodi
Multimetrs vai austiņas kalpos kā mērinstruments
Saspraužam kartupelī dažādu metālu elektrodus tā, lai tie nepieskartos viens otram.
Ar mērinstrumentu izmēram spriegumu starp dažāda metāla elektrodiem.
Ja nav mērinstrumenta, tad var izmantot austiņas. Pieskaroties ar spraudņa spici vienam elektrodam un ar spraudņa korpusu otram metāla priekšmetam kartupelī, dzirdēsim sprakšķi. Jo lielāks spriegums, jo stiprāks būs sprakšķis.
Starp vienāda metāla elektrodiem elektriskā strāva neplūst. Starp cinka un vara elektrodiem būs apmēram 1 voltu liels spriegums, starp tērauda un vara elektrodiem aptuveni 0.7 volti. Atrodiet to metālu pāri, kas dod vislielāko spriegumu.

Ko var darbināt ar kartupeļu bateriju?

Ar kartupeļu bateriju var darbināt mazu elektromotoriņu, elektronisku modinātājpulksteni, elektronisku sienas pulksteni vai mazu diodīti. Lai iegūtu lielāku spriegumu, tad var lietot divu kartupeļu bateriju. Katrā kartupelī iespraudiet cinka un vara elektrodu. Savienojiet ar vadu cinka elektrodu vienā kartupelī ar vara elektrodu otrā kartupelī. Tad starp brīvi palikušajiem elektrodiem būs divreiz lielāks spriegums kā no viena kartupeļa.