Baterie przyszłości

"Ogniwo Volty stało się fundamentem wszystkich współczesnych wynalazków" - mówił Albert Einstein z okazji uroczystości ku czci 100 rocznicy śmierci Volty w 1927 roku. Po dwustu latach - wszystkie, przenośne źródła energii nadal przypominają wynalazek Volty. Co więcej, niedoskonałość ogniw jest jednym z hamulców rozwoju samochodów z napędem elektrycznym, podręcznych komputerów i telefonii komórkowej.

Ogniwa odwracalne (akumulatory) wynalezione już w 1856 przez Gastona Plante, różnią się od stosu Volty tym, że zachodzące w nich reakcje elektrochemiczne są odwracalne. Najlepsze z nich, przewyższające akumulatory ołowiowe o czynnik 5 (stosunek pojemności do masy lub pojemności do objętości) wykorzystują lit - metal najbardziej elektroujemny ( -3.04 V w stosunku do elektrody wodorowej) i jednocześnie najlżejszy (gęstość właściwa 0,53g/cm3). W ładowalnych bateriach litowych elektrodą dodatnią jest tlenek litu i (najczęściej) manganu LiMnO2 a ujemną grafit. Nośnikami ładunku są jony litu.

Inną odmianą ogniwa Volty są jeszcze tzw. ogniwa paliwowe, wynalezione w 1839 roku przez Anglika Williama Grove'a. Ogniwa paliwowe są urządzeniami elektrochemicznymi, które przekształcają energię paliwa bezpośrednio w energię elektryczną i ciepło. Ich działanie polega na "odwróceniu" elektrolizy wody: do dwóch części ogniwa doprowadzany jest tlen i wodór gazowy. Są więc jak gdyby klasycznymi bateriami, w których w sposób ciągły jest dostarczane paliwo do anody (elektrody ujemnej) oraz utleniacz (najczęściej powietrze) do katody (elektrody dodatniej). Paliwem może być bezpośrednio wodór lub też związek zawierający duże ilości tego pierwiastka (gaz ziemny, metanol). Główna trudność konstrukcyjna polega na odseparowaniu obszarów utleniania i redukcji. Stosuje się w tym celu specjalne półprzepuszczalne membrany polimerowe. 

Praktyczne problemy największych firm przemysłu elektronicznego, uczestniczących w wyścigu do zbudowania baterii przyszłości udowadniają jak skomplikowanym zagadnieniem naukowym są zjawiska elektrochemiczne.