Sähköakkujen käyttömahdollisuudet ovat erittäin laajat. Niitä käytetään sähkönlähteenä lasten lelutAkkuja käytetään myös sähkötyökaluissa ja sähköajoneuvojen käyttövoimana. Jotta niitä voitaisiin käyttää oikein, on tarpeen tuntea niiden ominaisuudet, vahvuudet ja heikkoudet.
Sisältö
Mikä on sähköakku ja miten se on rakennettu?
Sähköakku - on uusiutuva sähköenergian lähde. Toisin kuin galvaaniset kennot, se voidaan ladata uudelleen purkautumisen jälkeen. Periaatteessa kaikki akut ovat rakenteeltaan samanlaisia ja koostuvat katodista ja anodista, jotka on sijoitettu elektrolyyttiin.
Elektrodimateriaali ja elektrolyyttikoostumus vaihtelevat, ja tämä määrittää akkujen kuluttajaominaisuudet ja niiden käytön. Katodin ja anodin väliin voidaan sijoittaa huokoinen dielektrinen erotin - elektrolyytillä kyllästetty erotin. Se määrittää kuitenkin lähinnä kokoonpanon mekaaniset ominaisuudet eikä vaikuta olennaisesti kennon toimintaan.
Periaatteessa akun toiminta perustuu kahteen energiamuunnokseen:
- sähköisestä kemialliseksi latauksen yhteydessä;
- kemiallisesta sähköenergiaksi purkautuessa.
Molemmat muunnokset perustuvat palautuviin kemiallisiin reaktioihin, joiden kulku määräytyy akussa käytettyjen aineiden mukaan. Esimerkiksi lyijyhappokennossa anodin aktiivinen osa on valmistettu lyijydioksidista ja katodi metallisesta lyijystä. Elektrodit ovat rikkihappoelektrolyytissä. Purkauksen aikana anodilla lyijydioksidi pelkistyy lyijysulfaatiksi ja vedeksi, ja katodilla lyijy hapettuu lyijysulfaatiksi. Latauksen aikana tapahtuvat päinvastaiset reaktiot. Muissa akkumalleissa komponentit reagoivat eri tavalla, mutta periaate on samanlainen.
Akkutyypit ja -tyypit
Ladattavien paristojen kuluttajaominaisuudet määräytyvät pääasiassa niiden tuotantotekniikan mukaan. Kotitalouksissa ja teollisuudessa käytetään yleisimmin useita erilaisia paristokennoja.
Lyijyakut .
Tämäntyyppiset paristot keksittiin XIX vuosisadan puolivälissä, ja niillä on edelleen oma käyttöalueensa. Sen etuja ovat muun muassa:
- yksinkertainen, edullinen ja vuosikymmenien aikana kehitetty tuotantotekniikka;
- suuri virran ulostulo;
- pitkä käyttöikä (300-1000 lataus- ja purkaussykliä);
- pienin itsepurkautumisvirta;
- ei muistivaikutusta.
Tästä on joitakin haittoja. Ensinnäkin se on alhainen tehotiheys, joka johtaa mittojen ja painon kasvuun. Lisäksi on havaittu huono suorituskyky pakkaslämpötiloissa, erityisesti alle -20 °C:n lämpötiloissa. Myös hävittämiseen liittyy ongelmia - lyijy-yhdisteet ovat melko myrkyllisiä. Mutta tämä on haaste on käsiteltävä myös muiden akkutyyppien osalta..
Vaikka lyijyakkujen rakenne on optimoitu, siinäkin on parantamisen varaa. On esimerkiksi AGM-tekniikka, jossa elektrodien väliin sijoitetaan elektrolyytillä kyllästettyä huokoista materiaalia. Tämä ei vaikuta sähkökemiallisiin lataus- ja purkausprosesseihin. Tämä parantaa pääasiassa akkujen mekaanisia ominaisuuksia (tärinänkestävyys, kyky työskennellä lähes kaikissa asennoissa jne.) ja lisää hieman käyttöturvallisuutta.
Huomattava etu on myös parempi toiminta ilman kapasiteetin ja virran menetystä jopa -30 °C:n lämpötiloissa. AGM-akkujen valmistajat väittävät niiden lisäävän käynnistysvirtaa ja käyttöikää.
Toinen lyijyakun muunnos on geeliakku. Elektrolyytti paksuuntuu hyytelömäiseksi. Tämä estää elektrolyytin vuotamisen käytön aikana ja eliminoi kaasuuntumisen mahdollisuuden. Virran ulostulo on kuitenkin jonkin verran pienempi, mikä rajoittaa geeliakkujen käyttöä käynnistysakkuina. Markkinointiasiantuntijat ovat vastuussa tällaisten akkujen ihmeellisiksi julistetuista ominaisuuksista kapasiteetin ja käyttöiän lisääntymisen osalta.
Lyijyakut ladataan yleensä jännitteen vakautustilassa. Tämä lisää akun jännitettä ja pienentää latausvirtaa. Latausprosessin päättyminen ilmoitetaan virran laskulla ennalta asetettuun rajaan.
Nikkeli-kadmium .
Ne ovat tulossa ikänsä päähän, ja niiden käyttöala vähenee vähitellen. Niiden suurin haittapuoli on niiden muistivaikutus. Jos aloitat lataamisen epätäydellisesti purkautuneen Ni-Cd-akun lataamisen, kenno "muistaa" tämän tason ja kapasiteetti määräytyy tämän arvon mukaan. Toinen ongelma on alhainen ympäristöystävällisyys. Myrkylliset kadmiumyhdisteet aiheuttavat ongelmia näiden paristojen hävittämisessä. Muita haittoja ovat:
- suuri taipumus itsepurkautumiseen;
- suhteellisen alhainen energiakapasiteetti.
Mutta on myös etuja:
- alhaiset kustannukset;
- pitkä käyttöikä (jopa 1000 lataus- ja purkaussykliä);
- kyky antaa suurta virtaa.
Tällaisten akkujen etuihin kuuluu myös niiden kyky toimia alhaisissa, nollan alapuolella olevissa lämpötiloissa.
Ni-Cd-kennot ladataan vakiovirran avulla. Kapasiteetin täysi käyttöaste voidaan saavuttaa vähentämällä latausvirtaa asteittain tai jatkuvasti. Prosessin päättymistä seurataan kennon jännitteen alenemisella.
Nikkelimetallihydridi .
Ne on suunniteltu korvaamaan nikkelikadmiumparistot. Niillä on paljon paremmat ominaisuudet ja suorituskykyominaisuudet kuin Ni-Cd-akuilla. Muistivaikutus poistui osittain, tehokapasiteetti kasvoi noin puolitoistakertaiseksi ja taipumus itsepurkautumiseen väheni. Samaan aikaan nykyinen tuotanto on pysynyt korkeana ja kustannukset ovat pysyneet suunnilleen samalla tasolla. Ympäristökysymystä on lievennetty - akut valmistetaan ilman myrkyllisiä yhdisteitä. Tämän vastapainona oli kuitenkin huomattavasti lyhyempi käyttöikä (jopa viisi kertaa lyhyempi) ja kyky toimia miinus 20 °C:n lämpötiloissa verrattuna nikkelikadmiumparistojen -40 °C:n lämpötilaan.
Nämä kennot ladataan tasavirtatilassa. Prosessin loppua seurataan, kun kunkin kennon jännite nousee 1,37 volttiin. Pulssivirtatila, jossa päästöt ovat negatiivisia, on edullisin. Näin muistivaikutus poistuu.
Litium-ioniakut
Litiumioniakut valtaavat maailmaa. Ne ovat syrjäyttämässä muuntyyppisiä akkuja alueilta, joilla asema näytti muuttumattomalta. Li-ionikennoilla ei ole käytännössä lainkaan muistivaikutusta (se on olemassa, mutta teoreettisella tasolla), ne kestävät jopa 600 lataus- ja purkaussykliä ja niiden kapasiteetti on 2-3 kertaa suurempi kuin nikkeli-metallihydridiakkujen.
Taipumus itsepurkautumiseen varastoinnin aikana on myös minimaalinen, mutta tästä kaikesta joutuu kirjaimellisesti maksamaan - tällaiset akut ovat paljon kalliimpia kuin perinteiset akut. Hintojen voidaan odottaa laskevan tuotannon kehittyessä, kuten yleensä on tapana, mutta muita tällaisten akkujen luontaisia haittatekijöitä - alhaisempi virrankulutus, kyvyttömyys toimia pakkasessa - ei todennäköisesti pystytä poistamaan nykyisellä tekniikalla.
Lisääntyneen palovaaran ohella tämä vaikeuttaa jonkin verran seuraavien laitteiden käyttöä Li-ion-akut. On myös otettava huomioon, että tällaiset solut ovat alttiita hajoamiselle. Vaikka niitä ei ladattaisikaan ja purettaisikaan, niiden elinajanodote laskee nollaan 1,5...2 vuoden varastoinnissa.
Edullisin lataustapa on kaksivaiheinen. Ensin tasaisella virralla (jännite kasvaa hitaasti), sitten tasaisella jännitteellä (virta pienenee hitaasti). Käytännössä toinen vaihe toteutetaan tasaisesti pienenevänä latausvirtana. Vielä useammin tämä vaihe koostuu yhdestä vaiheesta - vain pienenevästä vakiintuneesta virrasta.
Akkujen tärkeimmät ominaisuudet
Ensimmäinen parametri, jota tarkastellaan akkua valittaessa, on sen laatu. nimellisjännite. Yksittäisen paristokennon jännite määräytyy kennon sisällä tapahtuvien fysikaalisten ja kemiallisten prosessien perusteella ja riippuu paristotyypistä. Yksi täyteen ladattu akku voi tuottaa:
- lyijyhappokenno - 2,1 volttia;
- nikkelikadmium - 1,25 volttia;
- nikkeli-metallihydridi - 1,37 volttia;
- Litium-ioni - 3,7 volttia.
Suurempien jännitteiden saamiseksi kennot kootaan akuiksi. Auton akkua varten on siis kytkettävä sarjaan 6 lyijyakkua, jotta saadaan 12 volttia (tarkalleen ottaen 12,6 volttia), ja 18 voltin ruuvimeisseliä varten 5 litiumioniakkua, joiden kunkin jännite on 3,7 volttia.
Toinen tärkeä parametri on kapasiteetti. Tämä määrittää akun toiminta-ajan kuormitettuna. Se mitataan ampeeritunteina (virta jaettuna ajalla). Esimerkiksi akku, jonka kapasiteetti on 3 A⋅h, purkautuu 3 tunnissa 1 ampeerin virralla ja 3 ampeerin virralla 1 tunnissa.
Tärkeää! Tarkkaan ottaen, akun kapasiteetti riippuu purkausvirrasta eri kuormitusarvoilla purkautuvan virran ja purkautuvan virran tulo ei ole sama samalle akulle.
Ja kolmas tärkeä parametri virransietokyky. Tämä on suurin virta, jonka akku voi antaa. Tämä on tärkeää esimerkiksi auton akku - määrittää moottorin akselin käyntikyvyn kylmällä säällä. Myös kyky tuottaa suuria virtoja, jotka luovat suuren vääntömomentin, on tärkeää esimerkiksi sähkötyökaluille. Mobiililaitteissa tämä ominaisuus ei kuitenkaan ole yhtä tärkeä.
Akkujen sähköiset ominaisuudet ja suorituskyky riippuvat niiden suunnittelusta ja valmistustekniikasta. Akun asianmukainen käyttö edellyttää uusiutuvien kemiallisten energialähteiden etujen hyödyntämistä ja haittojen tasoittamista.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
