Co warto wiedzieć o akumulatorach
Pojęcia:
Ogniwo galwaniczne – ogniwo, w którym źródłem prądu są reakcje zachodzące między elektrodą a elektrolitem. Dwie elektrody zanurzone w elektrolicie (półogniwa) tworzą ogniwo galwaniczne. Po połączeniu elektrod zewnętrznym przewodnikiem, elektrony przepływają przez zewnętrzny obwód elektryczny, a ich ładunek jest równoważony w układzie przez przepływ jonów ujemnych (anionów) w roztworze elektrolitu.
Elektrolit – substancje rozpuszczone w odpowiednim rozpuszczalniku, które rozpadają się na swobodne jony, na skutek czego można przewodzić prąd elektryczny. Anion – jon o ładunku ujemnym. Kation – jon o ładunku dodatnim.
Elektroda, półogniwo – układ składający się z np.: metalu (M) zanurzonego w roztworze elektrolitu. Na elektrodzie w ogniwie galwanicznym zachodzą procesy
utleniania (anoda) lub redukcji (katoda). W układzie elektrycznym zawsze występują dwie elektrody: anoda i katoda przeciwne pod względem znaku.
Anoda – w ogniwie galwanicznym i akumulatorach elektrycznych anoda jest elektrodą ujemną. W akumulatorach w zależności od trybu pracy na anodzie występuje ładunek ujemny (generowanie prądu) lub dodatni (proces ładowania).
Katoda – elektroda znajdująca się na niższym potencjale niż druga (anoda). W ogniwie galwanicznym katoda jest elektrodą dodatnią i razem z anodą generuje siłę elektromotoryczną.
Akumulator elektryczny – rodzaj ogniwa galwanicznego, które może być wielokrotnie użytkowane i ładowane prądem elektrycznym. Każdy akumulator elektryczny gromadzi i później uwalnia energię elektryczną dzięki odwracalnym reakcjom chemicznym zachodzącym w elektrolicie, oraz na styku elektrolitu i elektrod.
Parametry akumulatora:
Prąd ładowania i rozładowania – wyraża się go jako ułamek pojemności nominalnej C. Prąd C (1C) to tak zwany prąd jednogodzinny – akumulator rozładowywany takim prądem powinien pracować jedną godzinę. Na przykład dla akumulatora o pojemności C = 2000 mAh, prąd ładowania C/10 (0,1C) to prąd 200 mA (2000 mAh / 10 = 200 mA), prąd C/4 to 500 mA itd.
Efekt pamięci – utrata rzeczywistej pojemności akumulatora. Zjawisko to zostało zaobserwowane na akumulatorach NiCd (niklowo-kadmowych). Akumulator częściowo rozładowany i następnie naładowany po paru takich cyklach zachowywał się tak jakby miał pojemność równą pojemności doładowywanej a nie nominalnej. Jest to zjawisko odwracalne. Należy kilkakrotnie całkowite rozładować i naładować akumulator.
Napięcie i pojemność – głównymi parametrami akumulatora są napięcie nominalne wyrażone w voltach oraz pojemność znamionowa. Pojemność akumulatora (a także baterii jednorazowego użytku) podawana jest w mili-ampero-godzinach [aMh] lub w amperogodzinach [Ah].
1 mA (miliamper) = 0,001 A (ampera).
Pojemność 2000 mAh oznacza, że z tego akumulatora po pełnym naładowaniu można
pobrać prąd o natężeniu 200mA przez 10 godzin (200 mA x 10 h = 2000 mAh). Pojemność może zostać podana również w watogodzinach [Wh] lub w miliwatogodzinach [MW]. Dzieląc wartość wyrażoną w [Wh] przez napięcie akumulatora otrzymujemy pojemność akumulatora w [Ah].
Porównanie akumulatorków Pentagram Infinity Xtreme z innymi znanymi markami (Chip Foto-Video)
Jak pokazuje powyższy wykres akumulatory Infinity są najlepszą alternatywą nie tylko dla baterii, ale także dla akumulatorków innych marek.
Rodzaje popularnych akumulatorów:
Akumulator niklowo-kadmowy (NiCd lub Ni-Cd) - elektrody są wykonane z wodorotlenku niklu i wodorotlenku kadmu, zaś elektrolitem są półpłynne lub stałe substancje o różnym składzie chemicznym u różnych producentów, ale zawsze posiadającym silnie zasadowy (inaczej alkaliczny) odczyn.
Cechy:
- napięcie znamionowe 1,2 V.
Zalety:
- duża wydajność prądowa,
- odporność na przeładowanie i wysoką temperaturę pracy (40st. C),
- wytrzymują około 1000 cykli ładowania i rozładowywania.
Wady:
- występuje w nich uciążliwy efekt pamięci,
- szybkie samorozładowywanie, około 1% dziennie (całkowite po trzech miesiącach),
- maksymalna pojemność akumulatorów AA wynosi około 2000mAh,
- szkodliwe dla środowiska (toksyczne związki kadmu).
Zalecenia:
- powinny być rozładowywane i ładowane w pełnych cyklach,
- należy przechowywać naładowane,
- zalecane ładowanie prądem C/10 (w przypadku akumulatora o pojemności 2000mAh będzie to około 10 godzin).
Zastosowanie:
Obecnie są wypierane przez nowsze typy akumulatorów (przede wszystkim ze względu na niższą pojemność i toksyczność): przy produkcji baterii o standardowych rozmiarach (R6, R14, itp.) przez akumulatory NiMH, w zastosowaniach takich jak akumulatory telefonów, laptopów, bądź zasilanie modeli zdalnie sterowanych przez akumulatory Li-Ion lub LiPo.
Akumulatory te jednak ciągle znajdują zastosowanie w przemyśle ponieważ mogą pracować przy wysokich temperaturach bez niebezpieczeństwa wybuchu.
Akumulator niklowo-metalowo-wodorowy (NiMH lub Ni-MH) - akumulator w którym katodę stanowi płytka niklowa a anodę stop metali, z którym reaguje wydzielający się podczas ładowania wodór tworząc wodorek metalu.
Cechy:
- napięcie znamionowe 1,2 V.
Zalety:
- mają około 30% większą pojemność i gęstość energii (teoretycznie 50%, praktycznie - ok. 25%) niż odpowiedniki NiCd,
- o wiele mniejszy efekt pamięci niż odpowiadające im akumulatory NiCd,
- wytrzymują średnio ponad 500 cykli (do 1000) ładowania i rozładowywania,
- nie zawierają metali ciężkich, dzięki temu są przyjazne dla środowiska,
- niewielki ciężar.
Wady:
- bardziej podatne na uszkodzenia przy przeładowaniu i przy wysokich prądach rozładowania (w stosunku do NiCd),
- szybsze samorozładowywanie, utrata około 1,5% pojemności dziennie w stosunku do NiCd.
Zalecenia:
- NiMH należy przechowywać nie naładowane
w niskiej temperaturze, długotrwały proces samorozładowywania powoduje w nich krystalizację i tym samym zmniejszenie pojemności nominalnej,
- zalecane ładowanie prądem C/10 (w przypadku akumulatora o pojemności 2000mAh będzie to około 10 godzin).
Zastosowanie:
Obecnie ogniwa NiMH powszechnie stosuje się przy produkcji baterii o standardowych rozmiarach (R6, R14, itp.). Mogą one zasilać przenośne urządzenia takie jak np: latarki, odtwarzacze płyt, mini dysków, radiomagnetofony, telefony bezprzewodowe oraz komórkowe, akumulatory samochodowe, UPS'y, zegarki, piloty (do telewizora czy wierzy), aparaty itp.
Akumulator litowo-jonowy (Li-Ion) – akumulator, w którym jedna z elektrod jest wykonana z porowatego węgla, a druga z tlenków metali, zaś funkcję elektrolitu pełnią złożone chemicznie sole litowe rozpuszczone w mieszaninie organicznych rozpuszczalników.
Cechy:
- napięcie znamionowe około 3,6 V.
Zalety:
- duża pojemność (większa niż w akumulatorach NiMH i NiCd),
- brak efektu pamięci,
- niska masa,
- małe samorozładowywanie około 0,5% dziennie.
Wady:
- rozładowanie poniżej 2,4 V może spowodować uszkodzenie akumulatora (utlenia się jedna z elektrod – jest to proces nieodwracalny). - ładowarka do akumulatorów Li-Ion musi kończyć ładowanie przy określonym napięciu na akumulatorze dlatego pracuje z dużą precyzją tego pomiaru,
- przeładowanie - nawet niewielkie - o 10 czy 15% może mieś fatalne następstwa: utratę pojemności, rozszczelnienie a nawet wybuch,
- konieczność zastosowania obwodów monitorujących napięcie akumulatora,
- trwałość to 400 – 500 cykli ładowania i rozładowywania.
Zalecenia:
- należy unikać głębokiego rozładowania i często ładować – zwiększa to trwałość,
- ładowanie może trwać kilka godzin i zależy od typu akumulatora. Należy stosować się do instrukcji producenta a najlepiej stosować ładowarki zalecane przez producenta,
- najlepiej przechowywać naładowane do 40% w niskich temperaturach.
Zastosowanie:
Akumulatory Li-Ion znalazły zastosowanie przy zasilaniu: aparatów telefonicznych, aparatów cyfrowych, laptopów, odtwarzaczach multimedialnych, modelach zdalnie sterowanych itp.
Akumulator litowo-jonowo-polimerowy (oznaczany LiPo lub Li-Poly) - rodzaj akumulatora do budowy którego wykorzystywane są stopy metalicznego litu oraz polimery przewodzące. W działaniu jest podobny do akumulatora litowo-jonowego. Ze względu na obecność polimerów nowa technologia umożliwia konstruowanie giętkich, bardzo cienkich i płaskich elastycznych ogniw (nawet o grubości milimetrowej).
Nowe technologie
Aktualnie pojawiają się akumulatory produkowane w udoskonalonym procesie NiMH, mogą być sprzedawane jako naładowane. Dodatkowo ogniwa te są w stanie wytrzymać do 1000 cykli ładowania i rozładowywania bez widocznej utraty pojemności. Akumulatory te są w dużym stopniu odporne na proces samorozładowywania. Po roku są ciągle naładowane i gotowe do pracy. Przykładem takich akumulatorów są Eternal firmy Pentagram, Sanyo Eneloop, GP Recyko, Varta Ready2Use, Sony CycleEnergy, Panasonic Infinium.
ponieważ łatwo doprowadzić do przeładownia co skutkuje wzrostem temperatury i ciśnienia gazów wewnątrz akumulatora.
Najlepiej stosować ładowarki procesorowe, które mierzą aktualny stan naładowania akumulatora.
Dodatkowo ładowarki takie rozładowują akumulatory do końca przed ich naładowaniem co zwiększa ich żywotność i zapobiega niepożądanemu efektowi pamięci.
Przygotowano na podstawie materiałów Wikipedii, Zbyma72age.