Batteriet i närbild

Batterier är en energikälla som får allt större betydelse i det vardagliga livet. Utan batterier hade det inte gått att lyssna på musik under bussfärden, sitta med datorn i soffan eller starta bilen på ett bekvämt sätt. Men vad är egentligen ett batteri? Det finns mycket som skiljer mellan olika batterityper, bland annat kemin, storleken, kapaciteten och spänningen. Alla dessa egenskaper hänger faktiskt ihop och är ett resultat av varandra. Följande kapitel ser närmare på hur batterier och ackumulatorer fungerar.

Ett batteri används för att lagra energi på ett kemiskt sätt, och består av en eller flera celler som är sammankopplade. I de kommande kapitlen kommer vi att likställa begreppet batteri med cell i många sammanhang, detta för att det sällan görs skillnad på dem i vardagligt tal. Till exempel pratas det sällan om AA-celler utan snarare AA-batterier. Vi säger också batteri om ackumulatorer (uppladdningsbara batterier).

Ett batteri består av tre huvuddelar: anod, katod och elektrolyt. Anoden och katoden är den negativa respektive positiva polen i ett vanligt batteri som urladdas (tvärtom vid uppladdning) och elektrolyten är den lösning eller gel som polerna har kontakt med. Ett alkaliskt batteri använder zink (Zn) som anod (minuspol) och mangandioxid (MnO2) som katod (pluspol). Elektrolyten består av kaliumhydroxid (KOH).

Principen för ett batteri

Ett batteri börjar laddas ur när de två polerna kopplas samman, exempelvis via en lampa. Då oxiderar anoden vilket innebär att det frigörs positiva joner och att det bildas ett överskott av negativa elektroner. Det gör att batteriet hamnar i obalans, något som det hela tiden strävar efter att utjämna. Elektronerna kan inte ta genvägen via elektrolyten utan tar istället sikte på katoden genom att gå via lampan. När elektronerna rusar genom glödtråden börjar den att glöda vilket gör att lampan avger ljus. Väl framme vid katoden sker en reduktion där elektronerna binds till positiva joner intill pluspolen. På så sätt hålls batteriets poler hela tiden balanserade. Batteriet betraktas som tomt när den negativa polen är förbrukad och inte kan lämna ifrån sig fler elektroner.

Genom att koppla en likspänningskälla till polerna går det att få hela processen att gå baklänges. Då blir istället pluspolen anod och minuspolen katod. Den dubbelriktade funktionen är begränsad till uppladdningsbara batterityper, exempelvis nickel-metall­hydrid och litium-ion.

Alla batterityper har olika egenskaper. Beroende på vilka ämnen de består av, laddas de ur på olika sätt och håller olika länge.

Apparater kräver ett visst ”tryck” från batterierna för att de ska fungera. Är trycket för lågt kommer apparaten inte att göra sitt jobb, och är trycket för högt riskerar den att gå sönder. En batteridriven fläkt snurrar optimalt om den drivs med rätt spänning, långsammare om spänningen är för låg och för snabbt för fläktens bästa om spänningen är för hög.

Spänningen varierar mellan olika batterityper.

Vanliga alkaliska AA-batterier har en polspänning på 1,5 V. Om det sitter två AA-batterier i en apparat, är dessa seriekopplade. Apparaten drivs då med 3 V. Det behöver inte nödvändigtvis vara alkaliska batterier, utan det går även bra med andra batterityper. Det viktiga är att de passar och har en spänning runt 1,5 V. Det innebär att det inte går att använda litium-tionylklorid-batterier, trots att de passar rent fysiskt. De har nämligen en spänning på 3,6 V och seriekopplat skulle det bli 7,2 V.

Kapaciteten är det värde som beskriver hur länge ett batteri kan leverera en given ström. Batterierna LR20 och LR03 är olika stora men har ändå samma spänning (1,5 V). Det som skiljer mellan dem är istället kapaciteten. Ju högre kapacitet ett batteri har, desto längre kommer det att fungera i en apparat. På uppladdningsbara batterier står kapaciteten ofta angiven i tusendelar av en amperetimme (mAh), till exempel 2500 mAh. Det går att byta ut till ett batteri med högre kapacitet, förutsatt att det har samma spänning och passar rent fysiskt. 

Spänningen är densamma för batterierna AAA, AA, C och D men kapaciteten skiljer.

Kapaciteten hos ett batteri påverkas av den kemiska sammansättningen i batteriet. Detta trots att batterierna kan ha samma storlek och spänning. GP Batteries tillverkar engångsbatterier baserat på fyra olika batteritekniker. Diagrammet visar GP:s engångsbatterier i storleken AA. På GP:s webbplats (gpbatteries.com) finns datablad som visar hur länge ett batteri håller då det är kopplat till en teoretisk apparat med 10 Ω urladdningsmotstånd. I detta fall kan apparaten drivas på en spänning ner till 0,9 V.

Kapaciteten varierar mellan batterier av samma storlek. Det beror på deras kemiska sammansättning.