Batterij

De keuze aan batterijen is enorm. Oplaadbaar, lange levensduur of knoopformaat, afhankelijk van het apparaat waarvoor ze zijn bedoeld. Een fototoestel heeft soms in korte tijd veel stroom nodig, maar kan ook maanden ongebruikt in de kast liggen. Oplaadbare batterijen zijn daarvoor niet geschikt omdat de energie-inhoud met 10 procent per maand terugloopt. Daarbij komt dat zo'n batterij er abrupt de brui aan geeft – heel vervelend als de camera net bezig is om het rolletje terug te draaien. Wegwerpbatterijen houden er veel geleidelijker mee op.

De afmeting van de batterij vormt soms ook een beperking, zoals bij gehoorapparaten en horloges. Keukenklokken en horloges hebben maar weinig stroom nodig, maar moeten niet te vaak stilstaan. Ook daarvoor zijn oplaadbare batterijen minder geschikt, ze lopen te snel leeg. Veelgebruikte apparaten die flink wat stroom vergen –zaklampen, speelgoed, mobiele telefoons– kunnen er wel mee uit de voeten.

Kikkerpoten
Tweehonderd jaar geleden ontwikkelde de Italiaan Allessandro Volta de eerste batterij. Hij borduurde verder op de waarnemingen van landgenoot Luigi Galvani, een anatoom die constateerde dat de spieren van kikkerpoten die met haken aan een metalen stang hingen, vanzelf samentrokken.

Galvani dacht dat een soort dierlijke elektriciteit de oorzaak was, maar Volta beseft dat de elektrische stroom het resultaat is van het contact tussen de koperen haken en de ijzeren stang waaraan de kikkerpoten waren opgehangen.

Met die kennis in zijn achterhoofd stelt Volta in 1800 de voltaïsche cel samen. Hij stapelt zilveren en zinken plaatjes ter grootte van een gulden om en om op elkaar. Tussen de plaatjes stopt hij in zout water gedrenkt papier, als een stapel pannekoeken waarbij tussen elk exemplaar een servet zit. De hele constructie dompelt hij in een bak zout water.

De batterij levert stroom, maar is erg onpraktisch. In 1866 ontwikkelt George Leclanche de zinkkoolbatterij –opgebouwd uit zink, bruinsteen en koolstof– die wel aanslaat. In twee jaar tijd worden er 20.000 gebruikt in de telegrafiewereld. Een paar jaar later vervangt men de zoute vloeistof door een pasta, wat de batterij een stuk beter handelbaar maakt.

De beide wereldoorlogen vergroten de behoefte aan 'draagbare' stroom en geven de ontwikkeling van de batterij een flinke duw voorwaarts. In de jaren vijftig wordt de zure pasta vervangen door een basische (alkalische) elektrolyt, waardoor de batterij een langere levensduur krijgt. De alkalinebatterij is een stuk duurder, maar heeft veel meer capaciteit dan de oude zinkkoolbatterij en verovert de markt meer en meer.

Gesloten
Een batterij is een elektrochemische cel die de chemische energie die ligt opgeslagen in de bestanddelen omzet in elektrische energie. De chemische reactie heeft alleen plaats als de stroomkring gesloten is.

De pluspool (anode) bestaat uit een metaal dat de elektronen levert. Als ze hun werk hebben gedaan, komen de elektronen bij de minpool (de kathode, die bestaat uit een metaaloxide) weer binnen. In het inwendige van de batterij worden de plus- en de minpool van elkaar gescheiden door een elektrolyt, een ingedikte zoutoplossing.

De stoffen waaruit anode en kathode bestaan, veranderen tijdens de chemische reactie die plaatsheeft. Het metaal van de pluspool geeft zijn elektronen af en verandert in een positief metaalion, dat onstabiel is. Het oxideert door uit de elektrolytpasta negatieve hydroxide-ionen aan te trekken.

De hydroxide-ionen zijn bij de minpool ontstaan. De elektronen die daar binnenkomen, gaan een verbinding aan met het metaaloxide. Het negatief geladen metaaloxide splitst water in de elektrolytpasta in positieve waterstofionen (H+) en negatieve hydroxide-ionen (OH-). De hydroxide-ionen stromen naar de anode en gaan een verbinding aan met de onstabiele metaaldeeltjes aan de pluspool. Er ontstaat water en metaaloxide.

Als alle metaal aan de anode is 'verroest', is de batterij leeg. In oplaadbare batterijen kan de reactie worden omgekeerd. Als een stroom elektronen vanuit het stopcontact door de batterij loopt, zet deze het metaaloxide weer om in metaal, een proces dat bij zorgvuldig opladen meer dan duizend keer kan worden voltrokken.

De bekendste oplaadbare cel is de nikkelcadmiumbatterij. Intensief gebruik maakt de batterij goedkoop, maar het nadeel is dat hij voor 15 procent uit het giftige zware metaal cadmium bestaat.

Naam
Batterijen hebben hun naam te danken aan de eerste exemplaren die bestonden uit een batterij van aaneengeschakelde enkelvoudige cellen. Dat is ook het geval bij een accu van een auto, die is opgebouwd uit zes aaneengeschakelde batterijen van 2 volt en dus een totale spanning heeft van 12 volt. De batterijen die wij kennen, zijn enkelvoudige cellen. Goed beschouwd is een accu de naam batterij meer waardig.