Baterije
Baterija je element koji nam omogućava da električnih uređaje koristimo bez žice. Za samo punjenje baterija za sada je u većini slučajeva potrebna žica, ali već Nikola Tesla je imao ideju o slanju električne energije putem zraka. Primjer bežičnog punjenja baterije jesu induktivni punjači mobitela. U našem svakodnevnom životu susrećemo se s raznim oblicima baterija, ovisno o tehničkim karakteristikama ili načinu spremanja električne energije. Kada čujemo riječ baterija najprije pomislimo na bateriju u mobitelu (koja je litij-ionske tehnologije) ili jednokratne baterije kao što su AA i AAA (koje su cink-ugljik ili alkalne).
Spomenute baterije spremaju energiju pomoću kemijske reakcije te se zovu kemijske baterije. Za razliku od kemijskih baterija postoje i ostali načini pospremanji energije kao što je na primjer potencijalna energija nadmorske visine. Taj način koriste reverzibilne hidroelektrane koje pumpaju vodu u spremnik vode na višoj nadmorskoj visini kada spremaju energiju, a kada je trebaju osloboditi energiju u električnu mrežu onda puste kroz cjevovod vodu iz spremnika na turbinu generatora i proizvode električnu energiju. (primjer u Hrvatskoj je RHE Velebit)
Trenutno u djelu tržišta za osobnu upotrebu vodeća primjena baterija je u mobitelima te električnim vozilima kao što su električni auti, romobili i bicikli. Za tu primjenu se koriste litij-ionske baterije. Radi velike potražnje za litij-ionskim baterijama, a ograničenim količinama sirovine litija traži se nova vrsta baterije za predmetnu primjenu. Glavni zahtjevi za novi tip baterija su manja težina/volumen po kapacitetu spremljene energije te ekološka prihvatljivost proizvodnje i zbrinjavanja.
Gdje završavaju baterije nakon upotrebe?
Zbrinjavanje baterija nakon upotrebe je ekološko pitanje. U svijetu gdje je trend rasta elektro mobilnosti povećava se količina baterija za zbrinjavanje. Kao primjer u električnim autima baterije nakon kraja svog vijeka života dobivaju drugu primjenu, gdje težina po kapacitetu nije primarni zahtjev. To su UPS (uninterruptible power source – besprekidno napajanje) uređaji u zgradarstvu, baterije za brodove itd. U Hrvatskoj je zbrinjavanje baterija propisano Pravilnikom o baterijama i akumulatorima i otpadnim baterijama i akumulatorima NN 111/2015, koji je usklađen s regulativom Europske unije. Kroz spomenuti pravilnik se obavezuje proizvođače da pri proizvodnji baterija moraju uzeti u obzir njihovo zbrinjavanje.
Tehničke karakteristike baterija
U pogledu tehničke karakteristike baterija bitni su sljedeće karakteristike:
| Naziv | Mjerna jedinica | Primjer |
| Napon | volt [V] | AA: 1.5Vbaterija u mobitelu: 5Vbaterija laptopa oko: 20 V |
| Kapacitet baterije | amper sat [Ah] ili vat sat [Wh] | AA: 0.8-3 AhiPhone 13: 3.24 Ah Tesla Model 3: 50 kWh |
| Brzina, to jest struja, punjenja | amper [A] | punjenje mobitela od: 1-5 ATesla Model 3: 32-40 A |
| Dimenzija | v x d x š[mm](visina x dužina x širina) | AA promjer 14.5mm; visina 48mmTesla Model 3: 105mm x 2166.3mm x 1473.2mm |
| Težina | gram [g] | AA: 27gTesla Model 3: 480 kg |
Vijek trajanja baterija ovisi o broju punjenja, atmosferskim uvjetima (temperatura, vlaga) u kojim je smještena, kemija baterije i održavanje. Nazivna temperatura za litij-ionske i olovne baterije je 25 °C, a povećanje temperature u kojima rade baterije smanjuje njezin životni vijek, relativan odnos spomenute pojave može se vidjeti na sljedećoj slici. Broj pražnjenja i punjenja također smanjuje kapacitet baterije. Početni broj ciklusa punjenja i pražnjenja se razlikuje na temelju vrste kemijskih elemenata koji se koriste za proizvodnju baterije, npr. Iitij-ionska baterija ima otprilike 10 puta više ciklusa u startu od olovne baterije.
Životni vijek baterija
Održavanja baterija je važno na primjer u sustavima UPS-a gdje se za predmetne sustave očekuje da su 24h/7dana spremni za uporabu. Iako većina baterija se definiraju da nema potrebe za održavanjem (maintenance-free), preventivno održavanje može ukloniti labav spoj, odstraniti koroziju i uočiti potrošenu baterija u nizu prije nego počne utjecati na ostatak niza. Standardni radni vijek za VRLA (valve regulated lead–acid <-> ventilom regulirana olovo-kiselina) baterije je tri do pet godina, litij-ionski 10 godina , a za baterije s natopljenim ćelijama (olovne) je do 20 godina. Međutim, očekivani život može uvelike varirati zbog uvjeta okoline, broja i postotak kapaciteta ciklusa pražnjenja te adekvatno održavanje.
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) definira “kraj korisnog životnog vijeka” za bateriju kao točka kada više ne može isporučivati 80 posto svoje nominalne vrijednosti kapacitet u amper-satima. Kad baterija degradira do 80 posto nazivnog kapaciteta, proces starenja se ubrzava i bateriju treba zamijeniti.
Kako životni vijek kemijskih baterije ovisi o temperaturi, tako i njezin kapacitet se mijenja u odnosu na temperaturu. Tako na primjer ako ostane mobitel na suncu može se primjetiti da uz zagrijavanje samog mobitela i sama baterija se počne brže prazniti. Na sljedećoj slici se može vidjeti kako kapacitet olovne baterije koja je napunjena do svojeg maksimalnog kapaciteta, pada kroz vrijeme u odnosu na temperaturu bez spojenog trošila na nju.
Požar
Određeni tip baterija mogu biti izvor požara. Zato je bitno da se koriste kako proizvođač propiše. Na primjer olovne baterije kada se pune mogu stvoriti plin praskavac,a to je eksplozivni plin koji nema mirisa ni okusa. Iz tog razloga kad se u UPS uređajima primjenjuju olovne baterije potrebno je imati prisilno provjetravanje prostorije. Dok trenutno najpopularniji tip baterija Litij-ionske se mogu samozapaliti. Kako se ponašati s baterijama kada se desi požar i kako ugasiti požar, proizvođač mora propisati u sigurnosno tehničkom listu (safety data sheet).
Litij-ionske baterije kada se koriste u primjeni UPS-a najčešće se štite od požara specijalnim sustavom koji analizira plinove u prostoru litij-ionskih baterija. Predmetni sustav može detektirati plin koji se pojavi prije samo zapaljenja litij-ionske baterije te se može spriječiti havarija koja bi nastala pri požaru. Kao primjer primjene ovog sustava nadzora baterija jesu UPS sustavi u server salama gdje bi požar mogao nepovratno uništiti podatke na serverima.
Napredniji punjivi baterijski sustavi u sklopu sebe imaju BMS (Battery management system – Sustav upravljanja baterijom). Predmetni sustav se može naći u električnim autima, u baterijskim sustavima za pohranu energije iz obnovljivih izvora energije itd. BMS također može spriječiti požar jer on u većinu slučajeva mjeri temperaturu baterija te time također služi kao jedna vrsta sustava za sprečavanjem požara makar mu to nije primarna namjena. Primarna namjena BMS-a je nadziranje mjerljivih vrijednosti baterija (napon, struja, temperatura, kapacitet itd.) te pomoću izmjerenih parametara upravljanje punjenja i pražnjenja baterije.
Baterije se mogu naći svugdje oko nas. Samom masovnom proizvodnjom cijena je pala, a sigurnost baterija kao proizvod je porasla u prosjeku. Iako se smatra sigurnim proizvodom, baterijom treba koristiti kako proizvođač propisuje, kako bi bili sigurni mi i naš okoliš.