Za vynález batérie vďačíme anatomickým pokusom v osemdesiatych rokoch 18. storočia, keď si Luigi Galvani, profesor anatómie na bolonskej univerzite, všimol mykajúce sa nôžky mŕtvych žiab zavesených na hákoch mriežky. Nesprávne usúdil, že ich pohyb spôsobuje akási „zvieracia elektrina“.
Iný taliansky profesor, Allessandro Volta z univerzity v Pavii, si uvedomil, že elektrina vzniká z kontaktu medzi medenými hákmi a železnou mriežkou, na ktorej sú žaby zavesené - ich nôžky sú iba súčasťou elektrického obvodu. Na dôkaz svojej teórie zostrojil roku 1800 Voltov článok, predchodcu dnešných batérií.
Batériami ich nazývame preto, že niektoré typy - napríklad autobatéria - sú doslova batériami niekoľkých článkov. Napriek svojim nesporným výhodám je batéria nenásytným žrútom prírodných zdrojov: množstvo energie, potrebné na výrobu jednej batérie, je až päťdesiatkrát väčšie ako energia, ktorú batéria môže vydať.
Elektrický prúd v článku vzniká reakciou dvoch elektród (elektrických vodičov) s elektrolytom (vodivou kvapalinou alebo pastou). Každá elektróda je pripojená jedným z kovových pólov batérie k obvodu. Ak batériu zapojíme do obvodu, začnú sa od jedného pólu (záporného) k druhému (kladnému) pohybovať elektróny. Príčinou ich pohybu je postupné rozpúšťanie elektród v elektrolyte - to znamená, že atómy elektród sa začínajú štiepiť, uvoľňujú kladné ióny (pozri rámček) do elektrolytu a elektróny cez záporný pól do drôtu obvodu. Druhá elektróda sa vyrába z odlišného materiálu a v elektrolyte sa tak ľahko nerozpúšťa. Napriek tomu sa strate elektrónov a ich úbytku pri interakcii s kladnými iónmi elektrolytu nevyhne. Elektrický prúd je teda plynulý tok elektrónov cez obvod od jednej elektródy, s cieľom vyrovnať nedostatok elektrónov na druhej elektróde. Valcovitú jednočlánkovú batériu používanú vo vreckovom lampáši nazývame suchým článkom, pretože elektrolyt tvorí samostatnú uzavretú časť a nemusí sa plniť. Bežným typom je acidická batéria zinok-grafit. Kovový obal batérie je vyrobený zo zinku a slúži ako jedna z elektród článku. Vnútri zinkového plášťa je zmes chloridu amónneho ( elektrolyt) a oxidu manganičitého. Oxid manganičitý je druhou elektródou. pretože stráca elektróny na úkor chloridu amonného. Grafitová tyčinka v strede slúži ako zberač prúdu, odovzdávajúci elektróny z kladného pólu na pól manganičitý. Napätie tohto suchého článku je pred použitím 1,5 volta a odberom prúdu klesá, pretože na grafitovom zberači sa začnú tvoriť vodíkové bublinky, ktoré zmenšujú jej povrch. Oxid manganičitý ich čiastočne odstraňuje, a tým mierni ich nepriaznivý účinok.
Čo je to elektrina?
Elektrický prúd je tok elektrónov (pohyblivých častíc, ktoré sú také malé, že ich nemôžeme pozorovať nijakým mikroskopom), uvoľnených z atómov.Prúd je tým silnejší, čím väčší a rýchlejší je tok elektrónov. Aby sme získali hoci aj slabý elektrický prúd, musíme uviesť do pohybu miliardy elektrónov.
Atómy sú veľmi malé častice, z ktorých sa skladá každá hmota. Jadro atómu (nukleus) obklopuje elektrónový obal, v ktorom sa elektróny pohybujú po dráhach nazývaných vrstvy. Každá vrstva môže obsahovať rôzne množstvo elektrónov. Chemické prvky, z ktorých sa skladá hmota - napríklad plyny a kovy, obsahujú v atómoch rôzny počet elektrónov. Vodík má napríklad iba jeden elektrón, kým meď ich v štyroch vrstvách väzní 29. Jadro atómu je nabité kladne, elektrónový obal záporne. V základnom stave je teda atóm neutrálny, pretože náboje jadra a elektrónového obalu sa navzájom rušia. Elektróny sa však môžu z atómu uvoľniť (zvyčajne z vonkajšej vrstvy) napríklad pôsobením tepla, alebo môžu pri chemickej reakcii prejsť k inému atómu a zmenit povahu výslednej látky, ako, povedzme, pri tvorbe hrdze na kove. Atóm (alebo skupina atómov), ktorý stratí alebo získa elektróny, sa stáva elektricky nabi- tým a nazývame ho ión. Pri strate elektrónov sa tvorí kladne nabitý ión (katión), pri ich zisku zase ión nabitý záporne (anión). Voľné elektróny sa pohybujú náhodne. Zdroj kladného náboja ich však môže privábiť.
Elektrický prúd obvodom preteká, ak je na jednej strane obvodu nadbytok a na druhej nedostatok elektrónov. Tento jav predstavuje rozdiel elektrických potenciálov, nazýva sa napätie a meria sa vo voltoch. Kovy sú dobrými elektrickými vodičmi, pretože ich atómy disponujú množstvom voľne viazaných elektrónov. Môžu tak urýchliť ich tok. Nevodivé materiály (napríklad guma) sa skladajú z atómov, ktorých elektróny nie je jednoduché uvoľniť. Elektrický obvod predstavuje drôt, väčšinou medený, vedúci od elektrického zdroja a späť. Ako elektrický zdroj môže slúžiť batéria alebo elektromagnetický generátor. Elektrické rozvody na prívod prúdu do generátorov v elektrárňach majú prívodné i spätné drôty v jednom kábli. Elektróny prechádzajúce drôtom sa striedavo priťahujú a odpudzujú v závislosti od zmeny magnetického poľa magnetu generátora. Tak vzniká striedavý prúd s vlnovitým priebehom. Podľa dohovoru sa elektrický prúd pokladá za pohyb od kladného k zápornému. Tento dohovor sa prijal skôr, ako vedci zistili, že elektróny priťahuje kladný náboj.
