A sociedade moderna está moi ligada á electricidade. Para obterenerxía eléctrica, os humanos utilizan varias formas de enerxía, incluíndo combustibles fósiles, enerxía hidroeléctrica, enerxía eólica, enerxía solar, enerxía química e enerxía nuclear, convertendo esta enerxía en enerxía eléctrica para o seu uso. Entre estes, os dispositivos que poden converter directamente a enerxía producida polas reaccións químicas en enerxía eléctrica chámanse fontes de enerxía química (comúnmente chamadas baterías).
O desenvolvemento das fontes de enerxía química remóntase ao século XVIII. En 1786, o biólogo italiano Garvani observou por primeira vez a contracción dos músculos das patas da sa durante un experimento de disección da ra e chamouno bioelectricidade. Posteriormente, en 1800, outro científico italiano, Volta, baseándose nas investigacións de Garvani, propuxo unha nova teoría: el cría que a contracción das patas de sapo era causada pola corrente xerada polo contacto de diferentes metais. Partindo desta hipótese, Volta apilou alternativamente chapas de zinc e cobre e separounas con coiro empapado en auga salgada, creando así a primeira fonte de enerxía química real do mundo, a famosa pila voltaica, como se mostra na Figura 1-3. En 1836, o inventor británico Daniel mellorou o deseño de Volta e desenvolveu a batería Daniell máis práctica. Desde entón, a tecnoloxía das baterías entrou nun período de rápido desenvolvemento, con unha serie de novas baterías, como baterías de chumbo-ácido, baterías de cinc-manganeso e baterías de cadmio-níquel. Desde principios do século XX, cos avances tecnolóxicos, desenvolvéronse varios produtos avanzados de baterías, incluíndo baterías de cinc-prata, baterías de ferro-níquel, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de litio metálico, baterías de ión-litio e pilas de combustible. Estas innovacións son agora amplamente utilizadas en varios campos da sociedade moderna.
Actualmente, hai moitos tipos de baterías no mercado, e os seus métodos de clasificación difiren. Segundo o tipo de electrólito empregado, pódense dividir en varias categorías: os que usan solucións acuosas ácidas como electrólitos chámanse baterías ácidas; as que utilizan solucións acuosas alcalinas chámanse pilas alcalinas; as que utilizan solucións acuosas neutras chámanse baterías neutras; e as baterías que utilizan solucións de electrólitos orgánicos chámanse baterías de solucións de electrólitos orgánicos. Ademais, hai baterías de electrólitos de estado sólido-deseñadas a partir de electrólitos sólidos; e as baterías que utilizan sales fundidas como electrólitos chámanse baterías de electrólitos de sal fundida.
Máis comúnmente, as baterías clasifícanse en función das súas características de funcionamento e dos seus mecanismos de almacenamento de enerxía, que normalmente se dividen en catro categorías principais:
Baterías primarias
(1) As baterías primarias, tamén coñecidas como pilas galvánicas, fan referencia a un tipo de batería que non se pode restablecer ao seu estado inicial despois da descarga mediante a recarga. Isto significa que estas baterías só se poden usar unha vez. A razón pola que as baterías primarias non son-recargables é que as súas reaccións químicas internas son inherentemente irreversibles, ou aínda que teoricamente reversibles, conseguir unha reacción reversible en condicións prácticas é extremadamente difícil. As baterías de zinc-manganeso e as de dióxido de litio y manganeso son dous exemplos habituais de baterías primarias.
Baterías secundarias
(2) As baterías secundarias, tamén coñecidas como baterías de almacenamento, son baterías que poden restaurar os seus materiais activos internos ao seu estado previo á-descarga mediante a recarga despois da descarga, permitindo así o seu uso cíclico. Estas baterías son moi utilizadas na vida diaria e na produción industrial. As baterías secundarias representativas inclúen baterías de chumbo-ácido, baterías de níquel-hidruro metálico e baterías de-ión de litio.
Baterías de almacenamento
(3) As baterías de almacenamento, tamén coñecidas como baterías activadas, caracterízanse porque os electrólitos e os materiais activos dos electrodos permanecen separados durante o almacenamento ou que o electrólito está en estado inactivo. Só comezan a funcionar cando é necesario, despois de ser activados mediante a inxección de electrólitos ou outros medios. Debido a que os materiais activos dos electrodos positivos e negativos non se descargan espontáneamente durante o almacenamento, estas baterías son ideais para a conservación a longo prazo-. As baterías de zinc-prata e as de magnesio-cloruro de cobre son dous tipos comúns de baterías de almacenamento.
Pilas de combustible
(4) As pilas de combustible, tamén coñecidas como baterías continuas, teñen materiais de electrodos inactivos que serven como plataformas para as reaccións electroquímicas. Os materiais activos necesarios para os electrodos positivos e negativos almacénanse externamente e subminístranse continuamente á batería durante o funcionamento, proporcionando así enerxía continua. As pilas de combustible inclúen principalmente pilas de combustible con membrana de intercambio de protóns e pilas de combustible alcalinas.
En comparación con outros tipos de enerxía, as fontes de enerxía química son coñecidas pola súa alta eficiencia de conversión de enerxía, facilidade de operación, alta seguridade, facilidade de miniaturización e respeto ao medio ambiente. Estas características fan que as baterías sexan indispensables na vida cotiá e na produción industrial. O desenvolvemento de baterías de almacenamento de enerxía é inseparable do progreso social global e da innovación tecnolóxica; ao mesmo tempo, o desenvolvemento da tecnoloxía da batería tamén promove unha maior exploración e desenvolvemento nos campos de produción e científicos.
Polo tanto, o campo das baterías de almacenamento de enerxía aínda ten amplas perspectivas de desenvolvemento durante moito tempo.