6.5 Elektrolyse

Batteri

Eit batteri er ei eller fleire galvaniske celler som omdannar kjemisk energi til elektrisk energi.

Typar batteri

Primærbatteri (eingongsbatteri):
- Kan ikkje ladast opp
- Reaksjonen er irreversibel
- Døme: Alkaliske, sink-karbon

Sekundærbatteri (oppladbare):
- Kan ladast opp mange gonger
- Reaksjonen er reversibel
- Døme: Li-ion, NiMH, bly-syre

Viktige eigenskapar

- Spenning: Avheng av cellekjemien
- Kapasitet: Blir målt i Ah eller mAh
- Energitettleik: Energi per masse (Wh/kg)
- Levetid: Talet på ladesyklusar

Alkalisk batteri

Det vanlegaste eingongsbatteriet.

Oppbygging

- Anode: Sink (Zn)
- Katode: Mangandioksid (MnO₂)
- Elektrolytt: Kaliumhydroksid (KOH)

Reaksjonar

Anode:
$$\text{Zn} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Zn(OH)}_2 + 2e^-$$

Katode:
$$2\text{MnO}_2 + \text{H}_2\text{O} + 2e^- \rightarrow \text{Mn}_2\text{O}_3 + 2\text{OH}^-$$

Eigenskapar

- Nominell spenning: 1,5 V
- God kapasitet
- Lang haldbarheit
- Rimeleg pris

Litium-ion-batteri

Det mest brukte oppladbare batteriet i dag.

Oppbygging

- Anode: Grafitt (med Li⁺ innlagra)
- Katode: Litiummetalloksid (t.d. LiCoO₂)
- Elektrolytt: Organisk løysemiddel med litiumsalt

Reaksjonar

Utlading:

Anode: Li_xC₆ → C₆ + xLi⁺ + xe⁻
Katode: Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻ → LiCoO₂

Lading: Omvende reaksjonar

Eigenskapar

Fordelar og ulemper

Ulemper:

- Kostbart
- Termisk ustabile ved overoppheting
- Avgrensa levetid

Bly-syre-batteri

Det klassiske oppladbare batteriet (bilbatteri).

Oppbygging

- Anode: Blyplater (Pb)
- Katode: Blydioksid-plater (PbO₂)
- Elektrolytt: Svovelsyre (H₂SO₄)

Reaksjonar

Utlading:

Anode: Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2e⁻
Katode: PbO₂ + 4H⁺ + SO₄²⁻ + 2e⁻ → PbSO₄ + 2H₂O

Total:
$$\text{Pb} + \text{PbO}_2 + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{PbSO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$$

Eigenskapar

- Nominell spenning: 2,1 V per celle (12,6 V for 6-cellers batteri)
- Kan levera høg straum (startmotor)
- Tungt (låg energitettleik)
- Billeg og påliteleg
- 100% resirkulerbart

Brenselceller

Ei brenselcelle produserer elektrisitet ved direkte oksidasjon av brensel.

Skilnad frå batteri

- Batteri: Avgrensa mengd reaktantar innebygd
- Brenselcelle: Kontinuerleg tilførsel av brensel

Hydrogen-brenselcelle (PEM)

Anode:
$$2\text{H}_2 \rightarrow 4\text{H}^+ + 4e^-$$

Katode:
$$\text{O}_2 + 4\text{H}^+ + 4e^- \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$$

Total:
$$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$$

Fordelar

- Høg verknadsgrad (40-60%)
- Berre vatn som utslepp
- Stille drift
- Ingen rørlege delar

Utfordringar

- Dyr platinakatalysator
- Hydrogenproduksjon og lagring
- Infrastruktur manglar