Litijeve baterije

Baterijama se svakodnevno služimo, no znamo li kako one rade? Ovaj kratak tekst može doprinijeti razumijevanju njihova rada.
U baterijama, energija je pohranjena kao kemijska energija. Bitno za rad baterije je da jedan od njezinih sastavnih atoma može biti kemijski vezan na dva različita načina pa atom spontano želi prijeći u stanje niže slobodne energije, tj. prijeći iz jedne kemijske veze u drugu. Kada bi ove kemijske spojeve doveli u neposredni kontakt, kemijska reakcija odvila bi se brzo, a energija bi se oslobodila naglo, kao toplina. U bateriji su ovi spojevi prostorno razdvojeni, a kemijska energija oslobađa se kontrolirano, tako da atom po atom putuje od jednog spoja do drugog. Baterija se sastoji od elektroda i elektrolita. Atom o kojem je riječ putuje s jedne elektrode na drugu. Međutim, ne može cijeli proći kroz elektrolit, nego samo njegov ion. Zato se atom ionizira pa njegov elektron prolazi kroz vanjski krug baterije, a pozitivni ion kroz samu bateriju, odnosno kroz elektrolit. Na drugoj elektrodi elektron i ion se ponovo spoje u atom, pri čemu se atom veže u novi kemijski spoj, niže energije. Mi koristimo energiju elektrona u vanjskom krugu, koji može obaviti koristan rad. Energije kemijskih veza su reda veličine 1 eV, pa su i naponi baterija reda veličine oko 1 V.
Baterije koje danas sve više upotrebljavamo su Li-ionske baterije. Zbog velike gustoće energije koristimo ih u mobitelima, prijenosnim računalima, automobilima. Atom litija rado se kemijski veže za metalni oksid, pa je u Li-ionskoj bateriji jedna elektroda napravljena od metalnog oksida (npr. litijevog kobaltovog oksida, LiCoO₂). Druga elektroda je izrađena od grafita. Prilikom punjenja baterije ion litija odvaja se iz LiCoO₂, prolazi kroz elektrolit i ulazi između grafenskih ravnina na grafitnoj elektrodi gdje se neutralizira primanjem elektrona iz vanjskog kruga. Prilikom pražnjenja baterije litij se ionizira i spontano vraća na LiCoO₂ elektrodu. Tamo se kemijski veže oslobađajući energiju kemijske veze pri čemu preuzima elektron koji ga je slijedio putujući u vanjskom krugu i obavljajući koristan rad.