Rafhlöður

Til baka til fræðslusíðu
rafhlodur-250px-jordkall-1

Hér eru ýmsar upplýsingar um rafhlöður og endurvinnslu þeirra. Skólar geta t.d. notað þetta efni í kennslu um rafhlöður og umhverfismál, til viðbótar við myndskeiðið um endurvinnslu á rafhlöðum.

Efnisyfirlit:

Rafhlöður
Hvernig virka rafhlöður?
Efni í rafhlöðum
Endurvinnsla á rafhlöðum
Fyrstu rafhlöðurnar
Eða voru þetta fyrstu rafhlöðurnar?
Myndskeið um endurvinnslu á rafhlöðum (Sveppi les)

Rafhlöður

rafhlodur-250px-transpar-4982431_lRafhlöður má finna af mörgum stærðum og gerðum. Segja má að þær séu notaðar þar sem raftæki og rafbúnaður, (oft frekar lítil), þurfa á rafmagni að halda, en það er ekki raunhæft að fá rafmagnið með því að stinga rafmagnssnúru í samband við rafmagnstengi á vegg. Með rafhlöðu í tækinu má fara með það hvert sem er.

Rafhlöður geyma rafmagnið, og svo er rafmagnið fengið úr þeim nákvæmlega þegar þarf að nota það.

Dæmi um lítil tæki sem nota rafmagn eru flest armbandsúr, farsímar og vasaljós. Það er auðvelt að sjá að það væri ómögulegt að nota þau tæki þannig að þau þyrftu að vera í sambandi gegnum rafsnúru allan tímann. Hvernig gæti armbandsúrið þá gengið þegar við erum á leiðinni í skólann? Eða farsíminn?

Hvernig virka rafhlöður?

Inni í rafhlöðum eru efni sem stillt er upp á réttan hátt, og í réttum hlutföllum. Þegar þetta er gert þá geta þessi efni geymt rafspennu í talsverðan tíma (til dæmis allt að 10 ár, en oft 2-3 ár).

Þegar rafhlöðurnar eru tengdar við lítil raftæki eða rafbúnað gegnum víra úr málmi, getur rafmagnið streymt frá rafhlöðunni smám saman, gegnum vírinn sem sagt er að geti leitt rafmagn eða hafi rafleiðni, og inni í raftækið þar sem rafmagnið knýr það áfram eins og vera ber. Til dæmis þannig að farsíminn virkar og hægt er að hringja úr honum. Eða það kviknar á vasaljósinu.

Það er líka rafmagn í rafhlöðu sem gerir að verkum að það er hægt að setja bíl í gang. Það er rafmagn úr rafhlöðu bílsins sem er leitt í “startarann” en það er rafmótor sem snýr vélinni fyrstu sekúndurnar svo hún kemst í gang. Áður, fyrir langa löngu, voru ekki rafhlöður í bílum og þá þurfti að snúa bílum í gang með sveif sem skagaði fram úr bílnum!

Það er ekki einn vír sem fer úr rafhlöðunni heldur tveir.

Rafmagn hefur nefninlega tvær hliðar. Sagt er að það sé plús og mínus hleðsla á þeim. Þetta er líka kallað plús og mínus pólar, til dæmis á bílarafhlöðum.

Það verður að tengja bæði plús og mínus við raftækið á réttan hátt, annars virkar tækið ekki rétt. Ef maður tengir vitlaust, plús í mínuspól og mínus í plúspól, getur það stundum skemmt raftækið.

Hér eru fjögur dæmi um algengar rafhlöður:

rafhlodur-bila-lithium-rafhlodur


rafhlodur-zink-hnapp-rafhlodur


Efni í rafhlöðum

rafhlodur-lotuefnatakn-brunkolÞað eru nokkur mismunandi efni sem hægt er að nota í rafhlöður þannig að þær virki rétt.

Zink. Zink er málmur og er eitt af svokölluðum frumefnum. Það þýðir að málmurinn er hreint efni en ekki blanda af nokkrum efnum. Táknið fyrir zink í skránni yfir öll frumefni, en sú skrá kallast lotukerfi eða periodic system, er Zn. Zink er líka notað til að búa til húð utan um hluti úr járni og stáli, til þess að járnið ryðgi síður. Slíkir stálhlutir eru eins og silfurlitir á litinn og kallast galvaníseraðir.

Blý. Blý er málmur og líka frumefni. Það er mjög algengt að í rafhlöðum í bílum, eða bílabatteríum, sé notað blý til að rafhlöðurnar geti virkað eins og þær eiga að virka. Táknið fyrir blý er Pb en það heitir Plumbarium á latínu. Enska orðið plumber þýðir pípulagningarmaður, en í gamla daga á tímum Rómar var blý notað í pípulagnir og þaðan er nafnið á málminum komið. Það var hinsvegar ekki góð hugmynd því blý er eitrað ef maður borðar það eða fær það með drykkjarvatni. Í dag er blý ekki notað í slíkt. Blý er mjög þungt og erfitt að bera mikið af því.

Nikkel. Nikkel er málmur og eitt af frumefnunum. Hann er táknaður með stöfunum Ni. Nikkel er til dæmis í svokölluðum Nikkel-Kadmíum rafhlöðum sem geta geymt mikinn kraft og eru því notuð í ýmis handverkfæri til dæmis, eins og borvélar sem ekki þarf að stinga í samband við rafmagn.

Kadmíum. Kadmíum er málmur og er líka eitt af svokölluðum frumefnum.Hann er táknaður með stöfunum Cd. Kadmíum er bláhvítur á litinn, mjúkur og auðvelt að forma hann til. Kadmíum var nefndur eftir goðsagnakenndri grískri veru sem var kölluð Cadmus.

Liþíum. Lithium er málmur og líka eitt af svokölluðum frumefnum. Táknið fyrir Liþíum er Li. Rafhlöður með þessu efni eru oft kallaðar liþíumrafhlöður eða liþíumbatterí. Þau geta verið mjög lítil og er oft að finna í litlum tækjum eins og farsímum, litlum leikjatölvum, armbandsúrum og slíku.

Kvikasilfur. Kvikasilfur er líka málmur og eitt af frumefnunum. Hann heitir Mercury á ensku en táknið fyrir hann er hinsvegar alveg ólíkt eða Hg. Þessi málmur en sérstakur að því leiti að hann er fljótandi við það hitastig sem er í kringum okkur, kringum 20 gráður á selsíus. Kvikasilfur má til dæmis finna líka í hitamælum.

Brúnkol. Í mörgum rafhlöðum eru brún kol sem hafa verið grafin upp úr jörðinni í fjarlægum löndum.

Endurvinnsla á rafhlöðum

Mörg verðmæti efni er að finna í rafhlöðum sem má endurvinna aftur. Um leið eru mörg þessara efna mjög skaðleg ef þeim er hent í ruslið þaðan sem þau fara á urðunarstað fyrir sorp, eða ef þeim er hent úti í náttúrunni.

batery-map-sent-3-landa-5oll-220pxÞað eru því óhrekjanleg rök fyrir því að safna notuðum rafhlöðum og endurvinna þær.

Flokkun á rafhlöðum sem skilað er til endurvinnslu fer fram hér á Íslandi.

Rafhlöðurnar eru svo fluttar út í verksmiðjur í Belgíu, Þýskalandi og Englandi. Þar eru þær bræddar niður í stórum brennsluofnum, þar sem efnum er bætt út í, í flóknum efnaferlum. Þannig eru efnin í rafhlöðunum skilin í sundur og safnað hverju fyrir sig svo hægt sé að endurvinna þau.

Fyrstu rafhlöðurnar

rafhlodur-stafli-voltasUppfinningamaðurinn sem fann upp rafhlöður hét Alessandro Volta og var ítalskur. Reyndar hét hann miklu lengra nafni fullu nafni, eða Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Gerolamo Umberto Volta (minna má það ekki vera fyrir svo merkilegan mann). Seinna gat hann bætt orðinu “count” framan við nafnið, eða greifi, því Napoleon Bónaparte í Frakklandi var svo ánægður með rafhlöðurnar sem Volta fann upp að hann gerði hann að greifa.

Volta þróaði fyrstu rafhlöðuna árið 1800. Hún kallast Stafli Volta, eða Voltaic Pile á ensku, enda var hún stafli af málmplötum úr málmunum zinki og kopar, með pappa á milli sem var vættur í saltvatni. Þessi stafli bjó til jafnan og stöðugan rafstraum. Þessi rafhlaða lítur skringilega út í okkar augum, en á sínum tíma var hún mikið undur.

Rafhlaða Voltas var byggð á annarri uppfinningu sem var ennþá skrýtnari. Það var uppfinning Ítala sem hét Luigi Galvani. Hann hafði fundið upp á því að leiða rafstraum í lappirnar af froski, og þegar hann gerði það kipptust lappirnar við þó að froskurinn væri ekki lifandi. Galvani hélt því fram að orkan sem framkallaði þetta yrði til í vöðvum dýra, en Volta var því ósammála. Til að sanna sína kenningu staflaði Volta upp þessum kringlóttu plötum og gat þannig sýnt fram á að rafmagn yrði til í efnahvörfum milli nokkurra efna, en ekki bara í dýrum.

Þannig varð fyrsta rafhlaðan til.

Eða voru þetta fyrstu rafhlöðurnar? Þetta er dularfullt!

Árið 1936 fundust dularfullir hlutir í fornleifauppgreftri. Þessi hlutir voru undir þykku lagi af sandi í eyðimörkinni skammt frá borginni Baghdad í Írak. Þarna hafa gegnum tíðina staðið stórmerkileg menningarríki allt frá því mörg þúsund árum fyrir Krist.

rafhlodur-baghdad-battery-250pxÞarna voru ríki á borð við Mesopótamíu, Babýlon og Assyría. Þessar þjóðir kunnu líka að heyja stríð, en það var margt annað sem þær gerðu. Vissir þú að á þessu svæði var sjálft hjólið fundið upp? Ekki reiðhjólið heldur sjálft hjólið sem síðar var notað undir hestvögnum, í allskyns vélum, tannhjólum og svo síðar undir bíla og á sjálfum reiðhjólunum sem þið flest eigið?

Þarna var skrifmálið líka fundið upp – það að skrifa niður runu af bókstöfum til að mynd orð sem aðrir geta svo lesið af blaðinu síðar. Og sumir halda að sjálfur báturinn, eða það að sigla á vatni hafi líka verið fundið upp þarna. Og sjálf akuryrkjan, það að rækta akur til að fá korn, þar sem vatni úr nærliggjandi á er veitt yfir akurinn svo að plönturnar geti vaxið þrátt fyrir kæfandi hitann.

En hvaða hlutur var það sem fannst þarna í eyðimörkinni. Hann leit ekki út fyrir að vera merkilegur. Venjulegt leirker, eða vasi í laginu eins og algengir blómavasar, búinn til úr brenndum leir. En inni í þessu var dálítið skrýtið. Þar var plata úr kopar rúlluð upp í hring, og í miðjunni var teinn úr járni. Þú sérð teikningu af þessum hlut hér til hliðar.

battery-parthian-horsemanHvaða ástæða gat verið fyrir því að menn voru að troða þessari koparblötu og járnbút þarna ofaní, þar sem enginn gat séð þetta? Með því að setja þessi málmstykki ofan í var minna pláss fyrir eitthvað annað sem þessi leirker voru venjulega notuð fyrir, nefninlega að geyma olíu, korn eða vín.

Þá datt einum í hug skýring: Ef að sítrónusafa, súrum vínberjasafa eða ediki væri hellt ofan í kerið með koparnum og járninu var komið einföld rafhlaða sem gat geymt rafmagn. Þetta rafmagn hefði mátt nota til að húða skartgripi með silfri eða gulli.

Var þetta ástæðan? Enn í dag veit það enginn. Þetta er mjög dularfullur hlutur. En fornleifafræðingar hafa kallað þessi ker Baghdad batteríin, eftir borginni skammt frá, eða parþnesku batteríin, eftir þjóðinni sem þarna bjó.

Það er talið að þessir hlutir hafi verið búnir til kringum Krists burð, eða við upphaf okkar tímatals. Þá bjó þarna þjóð sem heitir Parþar, en þeir voru ef til vill undir stjórn annarrar þjóðar sem hét Sassaníðar sem bjó í Persíu, nú Íran, en sú þjóð ráð þarna miklu á tímabili. Til hægri, fyrir neðan myndina af “rafhlöðunum” hugsanlegu, sérðu lágmynd af parþneskum hermanni á hestbaki. Lágmynd er einskonar höggmynd eða skúlptúr, hoggin út í stein, til dæmis sandstein eða marmara. Parþneskir hermenn voru á meðal þeirra sem börðust í frægri orrustu með Daríusi III Persakóngi, gegn Alexander mikla sem sigraði í orrustunni. Það var orrustan við Gaugamela, en sá atburður átti sér stað löngu áður, eða 300-400 árum áður, en “batteríin” dularfullu voru gerð nærri borginni Baghdad.

Bagdad batteríin fundust skammt frá þorpi sem heitir Khuyut Rabbou’a, en á tímum Parþa var þarna höfuðborg þeirra, en hún hét Ctesiphon.

Myndskeið um endurvinnslu á rafhlöðum (Sveppi les)

Meira en 3 milljónir rafhlaða falla til á Íslandi á ári hverju og nú er lag að skila þeim til endurvinnslu. Hringrás hf endurvinnsla lét vinna þetta myndskeið til að sýna í grunnskólum á Íslandi, til að hvetja nemendur til að skila tómum rafhlöðum til endurvinnslu, og að hvetja fjölskyldur sínar og vini til hins sama. Ef rafhlöður enda úti í náttúrunni, eins og þær hafa gert að stærstum hluta fram til þessa, geta þær orðið að slæmum mengunarvöldum vegna efnanna sem í þeim eru. Með endurvinnslu eru slegnar þrjár flugur í einu höggi, menguninni er bægt frá í íslensku umhverfi, efnin eru endurnýtt og eru verðmæti í sjálfu sér, og minni þörf er á að afla sömu efna með námuvinnslu.
Það er hinn ástsæli skemmtikraftur, sjónvarpsmaður og leikari Sveppi, sem las inn textann í myndskeiðinu.
Handrit og gerð myndskeiðsins var á vegum Grípandi myndskeiða.

(Fyrir betri myndgæði, smelltu á tannhjólið til hægri undir myndglugganum, og stilltu þar á 480p, í stað 360p.
Spila á stærri skjá: Smelltu hér til að spila myndskeiðið á stærri skjá. Þetta er stærri mynd. Ef þú vilt spila á öllum skjánum (full screen), smelltu á ferhyrninginn neðst til hægri á valslánni undir spilunarglugganum.)

Meira en 3 milljónir rafhlaða falla til á Íslandi á ári hverju og nú er lag að skila þeim til endurvinnslu. Hringrás hf endurvinnsla lét vinna þetta myndskeið til að sýna í grunnskólum á Íslandi, til að hvetja nemendur til að skila tómum rafhlöðum til endurvinnslu, og að hvetja fjölskyldur sínar og vini til hins sama. Ef rafhlöður enda úti í náttúrunni, eins og þær hafa gert að stærstum hluta fram til þessa, geta þær orðið að slæmum mengunarvöldum vegna efnanna sem í þeim eru. Með endurvinnslu eru slegnar þrjár flugur í einu höggi, menguninni er bægt frá í íslensku umhverfi, efnin eru endurnýtt og eru verðmæti í sjálfu sér, og minni þörf er á að afla sömu efna með námuvinnslu.

Það er hinn ástsæli skemmtikraftur, sjónvarpsmaður og leikari Sveppi, sem las inn textann í myndskeiðinu.

Handrit og gerð myndskeiðsins var á vegum Grípandi myndskeiða.