SEBUAH baterai, yang sebenarnya merupakan sel listrik, adalah alat yang menghasilkan listrik dari reaksi kimia. Sebenarnya, baterai terdiri dari dua atau lebih sel yang terhubung secara seri atau paralel, tetapi istilah ini umumnya digunakan untuk sel tunggal. Sel terdiri dari elektroda negatif; elektrolit, yang melakukan ion; pemisah, juga konduktor ion; dan elektroda positif. Itu elektrolit bisa berair (tersusun dari air) atau tidak berair (tidak tersusun dari air), dalam bentuk cair, pasta, atau padat. Ketika sel terhubung ke beban eksternal, atau perangkat yang akan diberi daya, elektroda negatif memasok arus elektron yang mengalir melalui beban dan diterima oleh elektroda positif. Ketika beban eksternal dihilangkan, reaksi berhenti.
Baterai primer adalah baterai yang dapat mengubah bahan kimia menjadi listrik hanya sekali dan kemudian harus dibuang. Baterai sekunder memiliki elektroda yang dapat dilarutkan dengan mengalirkan listrik kembali melaluinya; juga disebut penyimpanan atau baterai isi ulang, dapat digunakan kembali berkali-kali.
Baterai ini menggunakan oksida nikel dalam elektroda positif (katoda), senyawa kadmium dalam elektroda negatif (anoda), dan larutan kalium hidroksida sebagai elektrolitnya. Baterai Nickel Cadmium dapat diisi ulang, sehingga dapat berputar berulang kali. Baterai nikel kadmium mengubah energi kimia menjadi energi listrik pada saat dikeluarkan dan mengubah energi listrik kembali menjadi energi kimia setelah diisi ulang. Dalam baterai NiCd yang benar-benar kosong, katoda mengandung nikel hidroksida [Ni (OH) 2] dan kadmium hidroksida [Cd (OH) 2] dalam anoda. Ketika baterai diisi, komposisi kimia katoda diubah dan nikel hidroksida berubah menjadi nikel oksihidroksida [NiOOH]. Dalam anoda, kadmium hidroksida ditransformasikan menjadi kadmium. Saat baterai habis, prosesnya terbalik, seperti yang ditunjukkan dalam rumus berikut.
Baterai Nikel-Hidrogen dapat dianggap sebagai hibrid antara baterai nikel-kadmium dan sel bahan bakar. Elektroda kadmium diganti dengan elektroda gas hidrogen. Baterai ini secara visual jauh berbeda dari baterai Nickel-Cadmium karena sel adalah bejana bertekanan, yang harus mengandung lebih dari seribu pound per inci persegi (psi) gas hidrogen. Ini secara signifikan lebih ringan dari nikel-kadmium, tetapi lebih sulit untuk dikemas, seperti peti telur.
Baterai nikel-hidrogen kadang-kadang bingung dengan baterai Nickel-Metal Hydride, baterai yang biasa ditemukan di ponsel dan laptop. Nikel-hidrogen, serta baterai nikel-kadmium menggunakan elektrolit yang sama, larutan kalium hidroksida, yang biasa disebut alkali.
Insentif untuk mengembangkan baterai nikel / logam hidrida (Ni-MH) berasal dari masalah kesehatan dan lingkungan yang mendesak untuk mencari pengganti baterai isi ulang nikel / kadmium. Karena persyaratan keselamatan pekerja, pemrosesan kadmium untuk baterai di AS sudah dalam proses dihapus. Selain itu, undang-undang lingkungan hidup untuk tahun 1990-an dan abad ke-21 kemungkinan besar akan membuatnya penting untuk mengurangi penggunaan kadmium dalam baterai untuk penggunaan konsumen. Terlepas dari tekanan-tekanan ini, di samping baterai timbal-asam, baterai nikel / kadmium masih memiliki pangsa pasar baterai isi ulang terbesar. Insentif lebih lanjut untuk meneliti baterai berbasis hidrogen berasal dari kepercayaan umum bahwa hidrogen dan listrik akan menggantikan dan pada akhirnya menggantikan a fraksi yang signifikan dari kontribusi pengangkutan energi sumber daya bahan bakar fosil, menjadi fondasi bagi sistem energi berkelanjutan yang didasarkan pada energi terbarukan sumber. Akhirnya, ada minat yang cukup besar dalam pengembangan baterai Ni-MH untuk kendaraan listrik dan kendaraan hybrid.
Elektrolit KOH hanya dapat mengangkut ion-ion OH dan, untuk menyeimbangkan transpor muatan, elektron harus bersirkulasi melalui beban eksternal. Elektroda nikel-hidroksida nikel (persamaan 1) telah diteliti dan dikarakterisasi secara luas, dan penerapannya telah banyak diperlihatkan untuk aplikasi terrestrial dan aerospace. Sebagian besar penelitian saat ini dalam baterai Ni / Metal Hydride telah melibatkan peningkatan kinerja anoda logam hidrida. Secara khusus, ini membutuhkan pengembangan elektroda hidrida dengan karakteristik berikut: (1) panjang siklus hidup, (2) kapasitas tinggi, (3) tingkat pengisian dan pengosongan yang tinggi pada tegangan konstan, dan (4) retensi kapasitas.
Sistem ini berbeda dari semua baterai yang disebutkan sebelumnya, dalam hal tidak ada air yang digunakan dalam elektrolit. Mereka menggunakan elektrolit non-air, yang terdiri dari cairan organik dan garam lithium untuk memberikan konduktivitas ionik. Sistem ini memiliki tegangan sel yang jauh lebih tinggi daripada sistem elektrolit berair. Tanpa air, evolusi gas hidrogen dan oksigen dihilangkan dan sel dapat beroperasi dengan potensi yang jauh lebih luas. Mereka juga membutuhkan perakitan yang lebih kompleks, karena harus dilakukan dalam suasana kering yang hampir sempurna.
Sejumlah baterai yang tidak dapat diisi ulang pertama kali dikembangkan dengan logam lithium sebagai anoda. Sel koin komersial yang digunakan untuk baterai arloji saat ini sebagian besar merupakan kimia litium. Sistem ini menggunakan berbagai sistem katoda yang cukup aman untuk digunakan konsumen. Katoda terbuat dari berbagai bahan, seperti karbon monoflouride, tembaga oksida, atau vanadium pentoksida. Semua sistem katoda padat dibatasi dalam laju pembuangan yang akan didukungnya.
Untuk mendapatkan laju pelepasan yang lebih tinggi, sistem katoda cair dikembangkan. Elektrolit reaktif dalam desain ini dan bereaksi pada katoda berpori, yang menyediakan situs katalitik dan pengumpulan arus listrik. Beberapa contoh sistem ini termasuk lithium-thionyl chloride dan lithium-sulfur dioksida. Baterai ini digunakan di ruang angkasa dan untuk aplikasi militer, serta untuk suar darurat di darat. Mereka umumnya tidak tersedia untuk umum karena mereka kurang aman daripada sistem katoda padat.
Langkah selanjutnya dalam teknologi baterai lithium ion diyakini sebagai baterai polimer lithium. Baterai ini menggantikan elektrolit cair dengan elektrolit gel atau elektrolit padat sejati. Baterai ini seharusnya bahkan lebih ringan daripada baterai lithium ion, tetapi saat ini tidak ada rencana untuk menerbangkan teknologi ini di ruang angkasa. Ini juga tidak umum tersedia di pasar komersial, meskipun mungkin hanya sekitar sudut.
Dalam retrospeksi, kita telah menempuh perjalanan panjang sejak kebocoran senter baterai tahun enam puluhan, ketika penerbangan ruang angkasa lahir. Ada berbagai solusi yang tersedia untuk memenuhi banyak permintaan penerbangan luar angkasa, 80 di bawah nol hingga suhu tinggi lalat matahari. Dimungkinkan untuk menangani radiasi masif, masa kerja puluhan tahun, dan beban mencapai puluhan kilowatt. Akan ada evolusi berkelanjutan dari teknologi ini dan upaya konstan untuk meningkatkan baterai.