Image
""

Bli med inn i et batteri. Foto: Colourbox

Et elektrons ferd igjennom batteriet

Hvordan kan det ha seg at elektroner som leer på seg, gir strøm? Bli med på tur inn i batterienes indre verden.

Artikkelen er skrevet av Casper Skautvedt

Du vet de negativt lada partiklene du lærte om i naturfag? Elektroner. De er en av grunnene til at man får strøm ut av batterier. Hver gang vi bruker et batteri blir det en kamp for elektrona å komme seg vekk.

Som ei demning som brått åpnes, vil elektrona strømme ut som vann. Fra en pol til den andre. Det er som en overflod av elektroner som vil vekk. De vil så mye heller være på den andre sida at de ikke nøler når de får muligheta til å flytte på seg.

Forflytninga av elektroner er bare en del av forklaringa. Ved bruk av batterier oppstår ei kjemisk forandring inni batteriet. For at de skal fungere holder det ikke kun med forflytning av elektroner. I utladninga av et batteri vil elektroner og ioner flytte seg. Ioner er bare lada atomer, de har fått eller gitt bort elektroner.

Du husker kanskje når læreren din sa at atomer har lyst på fulle skall av elektroner? Om de får det, og ikke har hatt det fra før, så kan de bli ioner. Da har de en positiv eller negativ ladning. Nok om dette, det er vel ikke derfor du begynte å lese denne teksten. La oss komme oss til spenninga.

""
Casper Skautvedt er masterstudent ved Kjemisk institutt. Artikkelen er skrevet som en del av formidlingskurset MNKOM.

Lada fisker

Fra negativ til positiv pol beveger elektrona og iona seg. Så sier det pang!
Hvorfor det, tenker du kanskje nå? Jo, fordi polene må være atskilt. Er de ikke det, får vi ei kortslutning. All energi blir frigjort på én gang. Da har vi ikke et så praktisk batteri.

Vi skiller dem fra hverandre. Mellom dem har vi en membran, en hullete vegg som er laga slik at den kun slipper igjennom ioner. Likevel mangler vi noe. Ioner kan ikke bare gå igjennom her. De trenger elektrolytten, væska inni batteriet. Med denne kan ioner svømme som fisker til den andre polen.

Elektrona derimot, har en ytre krets som de beveger seg i. Der iona svømmer seg gjennom membranen må elektrona reise rundt. Denne reisa, hvor elektroner beveger seg som i ei elv, er det vi kaller elektrisk strøm. Vi høster denne strømmen og bruker den i mobilen, lommelykta og elbilen. Høstinga gjør at elektrona mister energi.

Den indre endringa

For å frigjøre elektroner fra polene må det skje en kjemisk reaksjon. Da skjer en redoksreaksjon, en type reaksjon hvor noe reduseres og noe annet oksideres.

Enkelt sagt så blir noe redusert når det tar til seg elektroner, for de får en redusert positiv ladning. Det motsatte skjer når noe blir oksidert. Fra gammalt av gjaldt kun det reaksjoner med oksygen, men ikke nå lenger, derav navnet.

Sjøl om det høres helt fjernt ut, så har du sett eksempler på dette ofte. Rust er jern, luft og vann som har gjennomgått en redoksreaksjon.

Bruk og kast eller gjenbruk

I dag finnes det mange ulike typer batterier. De fleste av oss er vant med de alkaliske AA- og AAA-batteriene. Når de ikke gir fra seg mer strøm, er de oppbrukte og du må levere dem til resirkulering.

Polene vil, på samme måte som rusta jern, bli ødelagt. Man kan ikke fikse dem igjen. Disse batteriene er ikke så spennende som oppladbare batterier. Det er her moroa virkelig skjer.

Ved å lade opp batteriet igjen tvinger du elektrona tilbake til den opprinnelige polen. Du kan tenke på det som et timeglass. Snur du glasset vil de renne til den andre enden. Du kan få det tilbake til utgangspunktet, men ikke uten at du snur den.

Det må gjøres noe for å flytte på det. Vi bruker strøm til å gjøre det. Slik oppladning kan du kun gjøre med noen spesifikke materialer, litt som du ikke kan bake med alt.

Hullete poler

Vanlige oppladbare batterier i dag har en negativ pol laga av karbon, akkurat det samme som du har i blyanten din. Begge polene er bygd opp sånn at det er plass til å ha noe inni dem. Atomer.

Polene oppfører seg litt som en svamp. Du kan fylle de opp og de holder på det til du presser det ut igjen. De blir på samme måte som svampen litt dårligere hver gang de brukes, som er grunnen til at mobilbatteriet ditt blir stadig dårligere.

Neste gang du ser et batteri, så veit du nå at det er en som ei elv av elektroner som renner fram og tilbake. Litt magisk, men mest fantastisk vitenskap.

Her kan du høre Casper Skautvedt snakke om batterier i pokasten «Vitenstafett»:

Kilder:

Rahn og Wang, Chao-Yang: Battery Systems Engineering, Wiley 2012.

Gunvaldsen, Mathiesen og Rosvold: Batteri, Store norske leksikon.