А батерија, који је заправо електрична ћелија, је уређај који производи електричну енергију из хемијске реакције. Строго говорећи, батерија се састоји од две или више ћелија спојених у серију или паралелно, али тај се термин углавном користи за једну ћелију. Ћелија се састоји од негативне електроде; електролит који води јоне; сепаратор, такође јонски проводник; и позитивне електроде. Тхе електролит може бити водени (састављен од воде) или неводни (није састављен од воде), у течном, пастаном или чврстом облику. Када је ћелија повезана са спољним оптерећењем или уређајем који се напаја, негативна електрода даје струју електрона која тече кроз оптерећење и прихвата их позитивна електрода. Када се уклони спољно оптерећење, реакција престаје.
Примарна батерија је та која своје хемикалије може претворити у електричну енергију само једном и тада је треба одбацити. Секундарна батерија има електроде које се могу реконституисати тако да кроз њу врате струју; која се назива и складишном или пуњивом батеријом, може се користити више пута.
Ова батерија користи никл оксид у својој позитивној електроди (катоди), кадмијумско једињење у негативној електроди (аноди) и раствор калијум хидроксида као свој електролит. Никал-кадмијумска батерија се пуни, тако да може стално да кружи. Никал-кадмијумска батерија претвара хемијску енергију у електричну енергију након пражњења и претвара електричну енергију у хемијску енергију након пуњења. У потпуно испражњеној НиЦд батерији катода садржи никл хидроксид [Ни (ОХ) 2] и кадмијум хидроксид [Цд (ОХ) 2] у аноди. Када се батерија напуни, хемијски састав катоде се трансформише и никл хидроксид мења у никл оксихидроксид [НиООХ]. У аноди, кадмијум хидроксид се трансформише у кадмијум. Како се батерија празни, процес се преокреће, као што је приказано у следећој формули.
Никал-водоник батерија се може сматрати хибридом између никл-кадмијумске батерије и ћелије за гориво. Кадмијумска електрода је замењена водоничном електродом гаса. Ова се батерија визуелно много разликује од никл-кадмијумске батерије јер је ћелија посуда под притиском, која мора да садржи преко хиљаду фунти по квадратном инчу (пси) водоничног гаса. Знатно је лакши од никл-кадмијума, али га је теже паковати, слично као сандук јаја.
Никал-водоничне батерије понекад се мешају са никл-метал-хидридним батеријама, батеријама које се обично налазе у мобилним телефонима и лаптопима. Никал-водоник, као и никл-кадмијумске батерије користе исти електролит, раствор калијум хидроксида, који се обично назива луг.
Подстицаји за развој никл / метал-хидридних батерија (Ни-МХ) потичу од горућих брига о здрављу и животној средини да би се пронашли замењиви никл / кадмијум пуњиве батерије. Због безбедносних захтева радника, прерада кадмијума за батерије у САД-у је већ у фази укидања. Даље, законодавство о животној средини за деведесете и 21. век ће највероватније учинити неопходним да се смањи употреба кадмијума у батеријама за потрошачке потребе. Упркос тим притисцима, поред батерије оловно-киселине, никл / кадмијум батерија још увек има највећи удио на тржишту пуњивих батерија. Даљњи подстицаји за истраживање батерија на бази водоника потичу из општег уверења да ће водоник и електрична енергија заменити и на крају заменити значајан је дио доприноса енергије фосилних горива који носе енергију, постајући темељ за одрживи енергетски систем заснован на обновљивим изворима енергије извори. Коначно, постоји велико интересовање за развој Ни-МХ батерија за електрична и хибридна возила.
КОХ електролит може транспортовати само ОХ-јоне, а за уравнотежење преноса набоја електрони морају да циркулишу кроз спољно оптерећење. Никал-окси-хидроксидна електрода (једнаџба 1) је опсежно истражена и окарактерисана, и њена примена је широко демонстрирана како за земаљску тако и за ваздухопловну примену. Већина актуелних истраживања на Ни / Метал Хидриде батеријама укључивала је побољшање перформанси метал хидридне аноде. Конкретно, ово захтева развој хидридне електроде са следећим карактеристикама: (1) дужине радни век циклуса, (2) велики капацитет, (3) велика брзина наелектрисања и пражњења при константном напону и (4) задржавање капацитет.
Ови се системи разликују од свих претходно поменутих батерија по томе што се у електролиту не користи вода. Уместо тога, користе се неводни електролит који је састављен од органских течности и соли литијума за обезбеђивање јонске проводљивости. Овај систем има много веће напоне ћелије од воденог система електролита. Без воде се елиминише еволуција гасова водоника и кисеоника и ћелије могу да раде са много ширим потенцијалима. Такође захтевају сложенију монтажу, јер се мора извести у готово савршено сувој атмосфери.
Бројне батерије које се не могу пунити прво су развијене са литијумским металом као анодом. Комерцијалне ћелије кованица које се користе за данашње батерије углавном су хемијска хемија. Ови системи користе разне катодне системе који су довољно безбедни за употребу. Катоде су израђене од различитих материјала, као што су угљен монофлоурид, бакар-оксид или ванадијум пентоксид. Сви чврсти катодни системи су ограничени у брзини пражњења коју ће подржавати.
Да би се добила већа брзина пражњења развијени су течни катодни системи. Електролит је реактиван у тим изведбама и реагује на порозном катоду, који обезбеђује каталитичка места и скупљање електричне струје. Неколико примера ових система укључују литијум-тионил хлорид и литијум-сумпор диоксид. Ове батерије се користе у свемиру и за војне примене, као и за хитне маяре на земљи. Обично нису доступни јавности јер су мање безбедни од чврстих катодних система.
Следећи корак у технологији литијум-јонских батерија верује се литијум-полимерна батерија. Ова батерија замењује течни електролит или гелираним електролитом или правим чврстим електролитом. Ове батерије би требале бити чак и лакше од литијум-јонских батерија, али тренутно не планира да ову технологију лети у свемир. Такође није уобичајено доступан на комерцијалном тржишту, иако је можда одмах иза угла.
Ретроспективно смо прешли дуг пут од пустошења батеријска лампа батерије из шездесетих, када је рођен свемирски лет. На располагању је широк спектар решења за испуњавање многих захтева свемирског лета, 80 испод нуле до високих температура соларне мухе. Могуће је поднијети велико зрачење, деценију рада и оптерећења која досежу десетине киловата. Настављат ће се континуирана еволуција ове технологије и стална тежња ка побољшаним батеријама.