Akumulator elektryczny jest wtórnym ogniwem galwanicznym, które w odróżnienie od ogniw pierwotnych, można ładować i użytkować wielokrotnie. Akumulatory posiadają dwa tryby działania:
- pracę, w której jest źródłem energii elektrycznej, powstałej na drodze reakcji chemicznych (prowadzi do rozładowania akumulatora)
- ładowanie, podczas którego pobiera energię elektryczną z zewnątrz, w celu przekształcenia jej na energię chemiczną i regenerację substratów.
Podstawowym parametrem opisującym akumulatory jest pojemność, którą definiuje się jako zdolność ogniwa do magazynowania ładunku elektrycznego. Pojemność wyrażana jest w amperogodzinach [Ah]. 1 Ah oznacza, że akumulator może dostarczać prąd o natężeniu 1 A przez 1 godzinę.
Możliwość ładowania akumulatorów wynika z odwracalnego charakteru reakcji, które w nim przebiegają. Niestety poza głównymi reakcjami w akumulatorach mają miejsce również reakcje uboczne, które zużywają niezbędne substraty i doprowadzają do utraty sprawności urządzenia.
Najpopularniejszym akumulatorem elektrycznym jest akumulator kwasowo-ołowiowy. Składa się z szeregu ogniw galwanicznych zbudowanych z:
- anody wykonanej z metalicznego ołowiu,
- katody wykonanej z tlenku ołowiu (IV),
- elektrolitu, który jest 40% wodnym roztworem kwasu siarkowego (VI).
W ogniwie zachodzą następujące reakcje:
By Pko - Praca własna, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56178163
Coraz większą popularność zyskują akumulatory litowo-jonowe. Akumulatory są stosowane w pojazdach spalinowych i elektrycznych czy w systemach zasilania awaryjnego.
Bateria to rodzaj pierwotnego ogniwa galwanicznego, czyli takiego, które nie posiada możliwości ładowania – jest jednorazowe. Najpopularniejsze są baterie alkaliczne, w których stosuje się elektrolit o zasadowym (alkalicznym) pH. Tak jak w akumulatorach recka elektryczna pochodzi z przekształconej reakcji chemicznej. Baterie zbudowane są z:
- anody ze sproszkowanego cynku,
- katody ze sproszkowanego tlenku manganu (IV),
- elektrolitu, którym jest wodorotlenek potasu.
Schemat budowy baterii wygląda następująco:
Reakcje zachodzące na elektrodach baterii to:
katoda: 2MnO2 + H2O + 2e− → Mn2O3 + 2OH−
anoda: Zn + 2OH− → Zn(OH)2 + 2e−
Baterie są powszechnie stosowane jako zasilacze do np. pilotów, zabawek, radia itp.
Ogniwo paliwowe jest ogniwem, które wytwarza energię elektryczną na drodze reakcji utleniania dostarczanego z zewnątrz paliwa. W odróżnieniu od wyżej omówionego akumulatora i baterii energia elektryczna w ogniwie paliwowym nie jest magazynowana, tylko wytwarzana na bieżąco. Ogniwa paliwowe nie wymagają ładowania. Najpopularniejsze ogniwa paliwowe to ogniwa wodorowo-tlenowe. Ich budowę przedstawiono na poniższym schemacie:
Schemat budowy alkalicznego ogniwa paliwowego: 1 – wodór, 2 – przepływ elektronów, 3 – ładowanie (odbiornik energii), 4 – tlen, 5 – katoda, 6 – elektrolit, 7 – anoda, 8 – woda, 9 – jony hydroksylowe
Created by Darryl Ring, Wektoryzacja: Chabacano - Image:Alkalinecell.png, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1645856
Reakcje zachodzące w omawianym ogniwie mają postać:
anoda: 2H2 → 4H+ + 4e−
katoda: O2 + 4e− → 2O2−
Przez półprzepuszczalną membranę dyfundują jedynie protony (H+).
Ogniwa paliwowe wykorzystywane są w robotach mobilnych, statkach kosmicznych, systemach zasilania awaryjnego, telefonach komórkowych czy okrętach podwodnych.