Baterii şi celule de combustie

Bateriile constau dintr-un număr de pile electrice conectate intre ele, de obicei pentru a produce un voltaj (tensiune electrică) mai mare decât o singură pilă electrică. În mod greşit, unii numesc baterii şi pile electrice simple.
Broaştele moarte au condus la inventarea pilelor şi bateriilor electrice. În 1786, omul de ştiinţă italian Luigi Galvani a descoperit că broaştele disecate se contractau când le atingea cu bisturiul său. Apoi din întâmplare el a descoperit că picioarele puteau fi făcute să se mişte doar prin atingerea lor de metal. Galvani era pus în încurcătură în ceea ce privea natura acestui fenomen, şi sursa lui.
Răspunsul a fost dat în anii 1790 de omul de ştiinţă italian Alessandro Volta. Picioarele broaştelor se contactaseră deoarece lichidele din interiorul lor reacţionau la contactul cu două metale diferite: alama şi fierul. Această combinaţie forma o pilă electrică simplă şi curentul produs de aceasta făcea să se contracte muşchii picioarelor broaştei.
Volta a făcut apoi o pilă electrică punând o hârtie umedă între discuri de cupru şi zinc. Această pilă era extrem de slabă, dar Volta a conceput curând pile şi baterii practice. Una dintre baterii consta dintr-o coloană de pile electrice făcute din plăci de zinc şi argint cu separatoare de hârtie îmbibate în saramură. Acest tip de baterie se numea pilă voltaică.

Cum funcţionează celulele:

După Volta, s-au inventat multe forme similare de pile electrice. Acum se folosesc substanţe variate pentru plăci, sau electrozi, şi pentru soluţie, sau electrolit. Asemenea pilei electrice funcţionează prin transformarea  energiei chimice în energie electrică. Electrolitul emite ioni (atomi sau grupuri de atomi încărcaţi electric) care sunt atraşi de electrozi. Un electrod atrage ionii încărcaţi negativ, care au un surplus de particule încărcate negativ numite electroni. Celălalt electrod atrage ionii încărcaţi pozitiv, care au o deficienţă de electroni. Când se conectează un circuit conductor între plăci, electronii curg prin circuit de la electrodul negativ la cel pozitiv. Acest flux formează un curent electric.

        
Tipuri de celule electrice:

         Elementele galvanice primare trebuie înlocuite când substanţele lor chimice s-au transformat atât de mult încât ele nu mai pot produce un curent util. Elementele galvanice secundare sunt reîncărcabile. Curentul electric de la o instalaţie de încărcare, de obicei alimentată de la reţea, este trecut prin celulele electrice descărcate. Substanţele chimice iniţiale sunt refăcute făcând astfel celulele din nou utilizabile. Sarcina care intră în pile în timpul încărcării este stocată ca energie chimică şi se acumulează treptat. Din acest motiv bateriile din elementele galvanice secundare sunt adesea numite baterii de acumulare, sau acumulatoare. Ele se folosesc la maşini şi la unele aparaturi electrice de uz casnic, precum uneltele electrice reîncărcabile.
Celulele de combustie nu necesită reîncărcare, în ele se introduc substanţele chimice de fiecare dată când se foloseşte electricitatea. Acestea sunt mult prea costisitoare pentru aplicaţiile uzuale şi sunt folosite doar în unele staţii spaţiale.

                   Chimia pilei

         Tipul cel mai simplu de element galvanic primar este bazat pe unul inventat de Georges Leclanché în anii 1860. Forma modernă are o teacă de zinc, care serveşte drept electrod negativ, iar electrodul pozitiv este o tijă de cărbune. Deşi se numeşte pilă uscată, electrolitul său este o pastă groasă şi umedă de clorură de amoniu.
În timpul utilizării pilei, hidrogenul format pe tija de cărbune trebuie înlăturat deoarece altfel ar reduce eficienţa pilei. O substanţă chimică numită polizator (în acest caz, dioxid de mangan) înlătură produsul nedorit. Bateriile reîncărcabile ale celor mai multe maşini au pile electrice bazate pe tipul cu Pb şi acid, inventat în 1860 de Gaston Plante. Electrozii de Pb şi dioxid de Pb sunt imersaţi în acid sulfuric diluat. În timpul utilizării, ambii electrozi sunt înveliţi în sulfat de Pb. Pb şi dioxidul de Pb sunt reformaţi în timpul reâncărcării. Pilele au cadmiu-nichel reîncărcabile au ca electrolit electrozi de hidroxid de nichel. Aceste pile pot înlocui pilele uscate obişnuite şi sunt folosite la unele lanterne, unelte şi alte aparaturi de uz casnic “fără cordoane”.
Astfel, o simplă observare a reacţiei broaştelor moarte la metal, a condus la o descoperire revoluţionară pentru umanitate.