Batterijen

“We zullen moeten stoppen aan een oplaad-station,” zei Lily nonchalant, terwijl ze de Route du Soleil verlieten om de E15 op te rijden. De twee vrienden waren onderweg van Parijs naar Como, het geboortestadje van Alessandro Volta, de uitvinder van de batterij.

“Kon je dit niet eerder zeggen?” klaagde Max, terwijl hij naar de verlaten weg voor hen keek. “We zijn minstens 3 oplaad-stations voorbijgereden toen we nog in de stad waren.” Lily reed rustig verder. “We komen er vast nog wel eentje tegen,” verzekerde ze hem.

Een half uurtje later, vlak voorbij Fontainebleau, passeerden ze een oplaad-station en Lily stopte. Ze stapten allebei uit en staken de stekker in het contact. “Het duurt 15 minuutjes om hem volledig op te laden,” zei Lily. “Wat? Thuis gaat dit allemaal veel vlugger en lukt het in de helft van de tijd!” antwoordde Max. “Waarom moeten we ons haasten?” vroeg Lily. “Kom, we gaan een wandelingetje maken; het is hier zo’n mooie omgeving. Er is een bos vlakbij”.

Maar Max wou ook z’n laptop opladen. Lily antwoordde dat het station om een elektrische auto op te laden niet kan gebruikt worden voor een ander type apparaat, waarop Max argumenteerde dat het principe toch wel hetzelfde is.

Batterijen doen allemaal hetzelfde: ze zetten de opgeslagen chemische energie om in elektrische energie.

Ze hebben allemaal twee uiteinden, een positieve en een negatieve. Die worden elektrodes genoemd en zijn gemaakt van speciaal materiaal. Deze elektrodes worden gescheiden door een elektrolyt. Elektrolyten hebben een speciale eigenschap: ze bevatten verschillende ladingen die vrij kunnen bewegen. Door een chemische reactie trekken de positieve ladingen naar de ene elektrode, terwijl de negatieve naar de andere trekken. Dit betekent dat er zich in de batterij een gerichte stroom bevindt van elektrische ladingen. De elektrische stroom die kracht geeft aan een apparaat, zoals een laptop, is de voortzetting van deze stroom buiten de batterij, door een kabel.

De batterij is leeg wanneer alle ladingen van de elektrolyt hun bestemming op de elektrodes bereikt hebben. Dit gebeurt als alle chemische energie is opgebruikt.

Terwijl ze oplaadt, neemt de batterij elektrische kracht uit het stopcontact om die om te zetten in chemische energie. De krachten die nu op het elektrolyt inwerken, bewegen nu in omgekeerde richting en de elektrische energie wordt gebruikt om chemische energie op te bouwen.

Afhankelijk van de eigenschappen van de materialen waaruit de batterij gemaakt is, verandert de energiecapaciteit omdat sommige materialen meer chemische energie kunnen opslaan dan andere. Het element dat dikwijls gebruikt wordt om de elektrische ladingen in de batterij te brengen en op te slaan, is lithium. Maar lithium is geen veelvoorkomend materiaal. Geavanceerde materialen hebben de oplaadtijd verminderd en hebben zeldzame, zoals lithium, of zeer giftige materialen, zoals cadmium, loof of kwik, vervangen. Nieuwe batterijen beschikken over elektrodes gemaakt uit nanomaterialen met een koolstof-basis, zoals koolstof nanobuisjes. Bovendien zijn ze lekvrij omdat geleidende polymeren alle vloeibare delen vervangen hebben.

“Allemaal goed en wel,” zei Lily, “maar hoe kan je daaruit concluderen dat je je laptop hier kan opladen?”

“Hetzelfde proces, dezelfde materialen ; waarom niet?” drong Max aan, terwijl hij stiekem vaststelde  dat de batterij binnen 5 minuten volledig opgeladen zou zijn.

“Omdat deze oplader je laptop zou verbranden! Deze bron is te sterk. Het voltage is verschrikkelijk hoog!”

“Om welk voltage gaat het dan?” vroeg Max onschuldig.

Lily vroeg zich af of hij haar voor de gek hield, maar besloot toch te antwoorden. “In principe hebben elektrische ladingen de neiging om tussen twee punten te bewegen. Tussen de twee elektrodes waar we het eerder over hadden. Als we ons voorstellen dat de elektrische stroom zich voortbeweegt zoals water in een rivier, dan is het voltage het hoogteverschil tussen 2 punten. Het doet het water bewegen in een bepaalde richting, zoals bij een waterval. Het hoogteverschil dat gebruikt wordt voor jouw laptop is 220 Volt, het hoogteverschil dat onze auto nu aan het opladen is, is meer dan 500 Volt. Je laptop zou volledig vernietigd worden, hij kan zoveel kracht niet aan.”

“Ah, dus het ligt aan het hoge voltage dat onze auto al opgeladen is?” vroeg Max meesmuilend.

Lily realiseerde zich opeens dat hij haar aan het plagen was, alleen maar om een boswandeling te vermijden. Ze liep in de richting van het bos, terwijl Max haar achternariep “Wacht! De batterij van onze auto is volledig opgeladen! Kom terug! We kunnen altijd een wandeling maken aan het volgende oplaad-station … binnen 800 kilometer!”