Elektriakumulaator

Article on other languages:

12V 7Ah aku

Elektriakumulaator ehk elektriaku ehk aku on korduvalt laetav ja kasutatav keemiline alalisvoolu seade elektrienergia salvestamiseks ja taaskasutamiseks.

Akudesse laetakse (salvestatakse) elektrienergiat juhtides akust läbi alalisvoolu, mille suund on vastupidine tühjendusvoolu omale. Laadimise protsessi käigus muundub akusid läbiv alalisvool keemiliseks energiaks salvestudes aku plaatidele.

Akude tähtsamad tunnussuurused on: pinge, mahutavus ehk nimilaeng ja kasutegur. Vähemtähtsad ei ole akude puhul ka väljaantavate parameetrite stabiilsus, isetühjenemise kiirus ja tööiga ehk laadimistsüklite arv.

Eristatakse kolme liiki akumulaatoreid: pliiakud ehk happeakud, leelisakud ja Li-ioonakud.

Autoaku

Sisukord

Happeakud

Happe- ehk pliiakud koosnevad klaasist, eboniidist või plastist anumast milles kasutatakse elektrolüüdina väävelhappe kindlaksmääratud tihedusega vesilahust. Anumasse on paigutatud pliioksiidist valmistatud positiivne elektrood ehk anood ja pliist negatiivne elektrood ehk katood.

Täislaetud Pliiaku pinge on 2,1 volti ja kasutegur kuni 80 %.

Pliiaku leiutas 1859. aastal füüsik Gaston Planté. Tänapäeval on pliiakud laialt kasutusel mitmes valdkonnas. Nende valik on suur ning tootmistehnoloogia hästi välja töötatud, nad on teistest akudest odavamad, ohutumad ja töökindlamad. Pliiakude miinuseks on nende suur kaal ja mõõtmed, ka on nende töökindlus madalatel temperatuuridel halb.

Leelisakud

Leelisaku leiutas 1901. aastal rootsi insener Ernst Waldemar Jungner. Aku anum valistatakse terasplekist ja elektrolüüdina kasutatakse kaaljum või naatriumhüdrooksüüdi vesilahust. Anoodi plaadi materjaliks kasutatkse nikkelhüdrooksiidi (NiOOH) ja katoodi plaadil kaadmiumi (Cd). Tänapäeval tuntakse neid nikkel-kaadmium (NiCd) akude nime all. 1903. aastal Thomas Alva Edison asendas kaadiumist elektroodi rauaga ja patenteeris raudnikkelaku (FeNi). Raudnikkel akud on laiatarbest kadunud nende madalate energeetiliste näitajate tõttu. Ka NiCd akude turustamine Euroopa liidus on peatatud (2008.a.) seoses kaadmiumi keskkonnaohtlike omaduste tõttu - raskmetall. Selliseid akusid võib veel kohata akutööriistades ja mudelautodes.

Nende akude asemel on kasutusel nikkel metallhüdriidakud (NiMH), kus elektroodidena kasutatakse juba tuntud nikkelhüdroksiidi (+) ja niklit (-). Selliseid akusid iseloomustab kordades kõrgem erimahtuvus ja väiksem sisetakistus. Näiteks AA-tüüpi akudes on: Fe-Ni süsteemi mahtuvus ~ 400mAh, Ni-Cd süsteemi mahtuvus ~ 800mAh, Ni-MH süsteemi mahtuvus ~ 2700mAh,

Leelisaku keskmine pinge on 1,25 volti uuematel (NiMH) akudel kuni 1,4 volti ja kasutegur kuni 67 %.

Leelisakud said laiema kautuse alles 20. sajandi keskel materjalide maksumuse tõttu. Nikkelkaadmiumaku (NiCad) omandas kasutamisküpsuse alles 1948. aastal. Keemia arenedes töö jätkus ja praegu leidub palju erinevate elektrokeemiliste süsteemidega vooluallikaid. Hõbetsinkaku (AgZn) leiutati 1941.aastal, hõbekaadmium (AgCd) 1957. aastal.

Pliiakudega võrreldes on leelisakud mõõtmetelt väiksemad, kohati vastupidavamad. Teatud leelisakusid (AgZn) saab kasutada palju külmemas kliimas kui pliiakusid ning säilitada kauem, ilma et nende omadused halveneksid. Leelisakude miinuseks on tunduvalt kõrgem hind, üksikelemendi madalam pinge ning keskkonnaohtlikus.

Tänapäeval otsitakse ka NiMH akudele võimalikku asendajat nikli kõrge hinna ja keskkonnakahju tõttu. Mobiiltelefonides näiteks on NiMH akud asendatud enamasti Li-ioon akudega. Siiski leiavad leelisakud olulise koha mitmetes kasutusvaldkondades, näteks elektritööriistad, mänguasjad, teatud fotoaparaadid ja isegi hübriidajamiga sõiduautod (Toyota Hybriid mudelid ja Honda Insight, Civic-Hybrid).

Geeliakud

Omaette gruppi moodustavad geeliakud, milles vedelat elektrolüüti (happe, leelis) asendab geelitaoline aine. Neis akudes veekadu peaaegu ei ole. See vähendab käituskulusid ja suurendab ohutust. Sellised akud on pikaealised ning nende temparatuuritaluvus on teiste omast suurem. Kõrge hinna tõttu kasutatakse neid käivitusakudena veel vähe.

Li-ion aku

Li-ioon akud

Liitiumakud leiutati teadlase Bell Labs poolt, kes avastas et grafiitne süsinik omab pöörduvat liitiumi mahtuvust, samal aastal sai idee ka patendi vääriliseks (USA patent US4304825) aastast 1981. Järgnevad fundamentaal uuringud teadlaste grupi poolt eesotsas John Goodenough[1] (tol ajal Oxford University, nüüdne University of Texas, Austin), päädisid esimese töötava liitiumioon aku tootmisega Sony poolt aastal 1991. Li-ioon akud erinevad eelmistest akutüüpidest seetõttu, et nendes kasutatav elektrolüüt koosneb veevabast orgaanilisest lahustist solvent ja lahustunud liitiumi soolast. Seetõttu on selline süsteem suletud hermeetiliselt et vältida õhuniiskuse ja hapniku juurdepääsu. Veevaba elektrolüüdi kasutamine lubab üksikelemendi tööpinge tõsta üle 4,0 V. Elektroodi materjalidena kasutatakse negatiivsel poolel grafiitset süsinikku (C) ja positiivsel poolel mõnda sobivat metallide oksiidi näiteks LiMn2O4, LiCoO4, jt. Liitiumaku laadimisel toimub Metalloksiid elektroodil (+) liitiumi lahustumine, e ioniseerumine Li+ iooniks ja grafiit elelktroodil (-) liitiumi ioonide uuesti neutraliseerumine vabaks liitiumiks. Aku tühjenemisel leiab aset pöördprotsess. Nende protsesside pöörduvaks toimumiseks (aku laitmatuks töötamiseks) on oluline komponentmaterjalide kõrge puhtus ja hoolikalt kontrollitud töörežiimid. Mõlemate faktorite koosmõju on olnud pikemat aega üheks Li-ioonakude kasutust pidurdavaks teguriks.

akulaadja

Pinge ja voolu tõstmine

Kõrgema pinge saamiseks ühendatakse akud akupatareideks. Akusid võib ühendada kas järjestiku ehk jadamisi pinge tõstmiseks, paralleelselt ehk rööbiti elektrivoolu tõstmiseks või kombineeritult, kui on tarvis tõsta nii pinget kui elektrivoolu.

Vaata ka

Commons: Aku
Pildid, videod ja audiofailid
Välja otsitud andmebaasist "http://et.wikipedia.org/wiki/Elektriakumulaator"

This article is from Wikipedia. All text is available under the terms of the GNU Free Documentation License.