Elektros šaltiniai ir jų rūšys
Įvairūs cheminiai elektros srovės šaltiniai, kuriuose cheminės reakcijos energija paverčiama elektros srove, buvo gerai žinomi jau praėjusį amžių. Pagal savo veikimo pobūdį jie paprastai skirstomi į galvaninius elementus, arba pirminius srovės šaltinius, ir elektros akumuliatorius, arba antrinius srovės šaltinius.
Pirminiuose srovės šaltiniuose aktyvioji cheminė medžiaga gali būti panaudota tik vieną kartą, nes jai išsieikvojus galvaninis elementas neveikia. Antrinių energijos šaltinių veikla po jų išsikrovimo gali būti atnaujinta juos įkrovus, t.y. praleidus jų veikimui priešingos krypties pastovią elektros srovę. Iš galvaninių elementų labiausiai paplito vadinamasis Leklanšė elementas – tai ant grafito strypelio supresuotas mangano dioksido paketas, suvilgytas elektrolitu, dažniausiai amonio chlorido tirpalu su kitų druskų ir tirštiklių priedais, ir apgaubtas cinko skardos indeliu. Pastaraisiais šio amžiaus dešimtmečiais paplitus kilnojamiesiems (nešiojamiesiems) įvairiausios paskirties elektroniniams prietaisams, labai išsiplėtė ir galvaninių elementų panaudojimas – dabar jų kasmet pagaminama net keliasdešimt milijardų. Per pastarąjį šimtmetį jie iš esmės mažai tepakito.
Antrinių srovės šaltinių, arba akumuliatorių, panaudojimų sritis dar platesnė, o daugiausia jų panaudojama transporte. Apskaičiuota, kad visų automobilių akumuliatorių energija prilygsta visų Žemėje veikiančių elektrinių gaminamai energijai (tačiau jie didesnę laiko dalį būna išjungti). Jau daugiau kaip 100 metų, kai pagrindinis antrinis srovės šaltinis yra švino akumuliatorius, sudarytas iš metalinio švino ir švino dioksido plokštelių, įmerktų į sieros rūgšties tirpalą. Jis, panašiai kaip ir Leklanšė elementas, per visą šimtmetį mažai tepakito – tebuvo pagerinta plokštelių kokybė ir kartu padidinta santykinė energija, tenkanti šaltinio svorio vienetui, taip pat gerokai sumažintas korpuso svoris, pradėjus jį gaminti iš polipropileno. Tačiau, skirtingai nuo Leklanšė elemento, jo dominavimas tarp kitų antrinių srovės šaltinių nėra toks akivaizdus. Nuo pat šio šimtmečio pradžios buvo pradėti naudoti ir vadinamieji šarminiai akumuliatoriai, sudaryti iš nikelio hidroksido ir geležies arba kadmio elektrodų. Kitų antrinių srovės šaltinių paieškos, deja, lauktų rezultatų kol kas nedavė. Bene vienintelis pradėtas pramoniniu mastu gaminti ir naudoti sidabro oksido-cinko akumuliatorius, pasižymintis labai didele savitąja energija, tačiau dėl savo brangumo ribotai naudojamas.
Dar viena su elektrocheminiais procesais susijusi energijos šaltinių problema yra kuro elementų kūrimas. Kaip žinoma, šiluminėse elektrinėse deginant anglis ar skystąjį kurą, t.y. vykstant reduktoriaus (anglių) cheminei reakcijai su oksidatoriumi (oro deguonimi), gaunama šiluminė energija, kuri iš pradžių paverčiama mechanine energija, o paskui ši – elektros energija. Viso šio sudėtingo proceso našumo koeficientas labai mažas – geriausiu atveju tepasiekia apie 40 procentų. Didinant kuro panaudojimo koeficientą, būtų labai gerai apsieiti be tarpinių procesų ir cheminę energiją betarpiškai paversti elektros energija. Galvaniniame elemente kaip tik ir vyksta tokia oksidatoriaus (aktyviosios teigiamo elektrodo medžiagos) ir reduktoriaus (aktyviosios neigiamo elektrodo medžiagos) cheminė reakcija. Todėl, numatant iškastinio kuro atsargų išsekimą XXI-XXII amžių riboje ir siekiant šį laiką atitolinti, nuo šio amžiaus vidurio labai intensyviai pradėta tirti galimybė galvaninio elemento reduktoriumi panaudoti kokią nors kurui naudojamą medžiagą, pvz., anglis. Tokie energijos šaltiniai buvo pavadinti kuro elementais. Deja, pasirodė, kad įprasto kuro elektrocheminės oksidacijos reakcijų greitis yra labai mažas.