Akumulator

Akumulator je sekundarni električni član, (tzv. „spremnik energije“) u kojoj se električna energija pretvara u hemijsku (punjenje akumulatora), ostaje u njoj pohranjena i zatim se, prema potrebi, može nanovo pretvoriti u električnu energiju (pražnjenje). Ovo je punjiva vrsta baterija. Razlog punjivosti ovih baterija je  hemijska reakcija koja stvara struju reverzibilna.

Najpoznatije i najstarije vrste sekundarnih baterija olovno-kiselinski i NiCd akumulator. NiMF i litij-ionska baterija novije su povijesti.

Bez obzira na tip, akumulatori imaju razmjerno malen specifični kapacitet, olovni 10 do 30 Ah/kg, alkalni 15 do 25 Ah/kg (srebreno-cinkov najviše do 80 Ah/kg). Unatoč tomu glavnom nedostatku mnogo se primjenjuju jer su zasad praktički jedini dovoljno jeftini i jednostavno prenosivi spremnici električne energije.Upotrebljavaju se za pokretanje motora s unutarnjim izgaranjem (u prvom redu olovni akumulator, obično po šest ćelija složenih u baterije, nazivnog napona 12V, kapaciteta 10 do 100Ah) i za napajanje električnih uređaja, ako nema drugoga raspoloživog izvora struje, pa sve do svemirskih letjelica.Posebna su skupina još nedovoljno razvijeni visokotemperaturni akumulatori, koji imaju rastaljeni ili čvrsti elektrolit, a rade pri temperaturama 300 do 500°C (natrijevo-sumporni akumulator).

Povijest akumulatora

Zamisao električnog akumulatora potječe od Nijemca Johann Wilhelm Rittera još iz 1803.g., a to je bilo samo tri godine nakon Voltina izuma galvanskog članka

Punjenje

Dijagram prikazuje rast napona pri punjenju, odnosno pad napona ćelija pri pražnjenju u zavisnosti od vremena.

Pri punjenju se akumulator priključuje na prikladan izvor (istosmjernog) napona. Prilikom punjenja, pozitivni pol ispravljača za punjenje spajamo na pozitivni pol akumulatora!

Struja koja tada teče uzrokuje u akumulatoru hemijsku reakciju, ovisno o tipu akumulatora. Tako napunjen akumulator postaje izvorom električne energije ako se na njegove elektrode priključi neko trošilo.

Olovni akumulator

Olovni akumulator izumio je i razvio francuski fizičar Gaston Plante 1859.g.. U tehnički nešto dotjeranijem obliku taj se akumulator još i danas najviše upotrebljava.

Svojstva i osobine

Olovni akumulator sastoji se od jednog ili više članaka, koji sadrže dvije olovne ploče (elektrode; katodu i anodu), uronjenih u vodom razrijeđenu sumpornom kiselinom (elektrolit) priklađenih koncentracija (najčešće 38%-tna).

Najčešće su u uporabi olovni akumulatori, koji daju napon od 2 V po ćeliji. Budući da vozila imaju instalaciju za napon 12 V, to se u akumulator ugrađuje šest serijski povezanih ćelija, pa se njihovi naponi zbrajaju.

Često se mjesto dviju ploča, radi većega kapaciteta, upotrebljavaju dva sloja ploča.

Samopražnjenje punoga akumulatora je ~1% dnevno, specifična energija 20-35W•h/kg, djelotvornost 0,75-0,85, a trajnost od dvije do više od 10 godina.

Način rada (punjenje i pražnjenje)

Stajanjem u sumporovoj kiselini olovne se ploče prevlače na površini slojem olovnog sulfata (PbSO₄).

Pri punjenju akumulatora slijedom složenih elektrokemijskih reakcija s elektrolitom, olovni sulfat na pozitivnoj ploči (katodi) oksidira u olovni dioksid (PbO₂), a na negativnoj se ploči (anodi) reducira u metalno olovo. Punjenje akumulatora traje sve dok se na elektrodama ne potroši sav olovni sulfat.

Ako se na akumulatoru priključi trošilo, kemijska se reakcija zbiva u obratnom smjeru i pretvara se u električnu, a u akumulatoru struja teče u smjeru suprotnom od smjera tijekom punjenja. 

Ukupna se reakcija može opisati reverzibilnom jednadžbom:

PbO₂ + 2 H₂SO₄ + Pb <--> 2 PbSO₄ + 2 H₂O

Oprez i opasnosti

• Akumulator ne smije ostati bez elektrolita.
• Olovni akumulator se ne smije prazniti ispod 1,8 V ili dugo stajati van uporabe bez dopunjavanja.
• Ne smije se podvrgnuti suviše jakim strujnim udarima.
• Što se akumulator prazni ili puni jačom strujom, bit će mu manji kapacitet (dakle kraće će održavati dovoljan napon).
• Kapacitet akumulatora smanjuje se i kod niskih temperatura, zbog čega su češći problemi s akumulatorom na vozilima u zimskim mjesecima.

• Direktan kratki spoj na priključcima akumulatora (pogotovo na onima velikog kapaciteta) može biti vrlo opasan, jer proizvodi vatromet snažnog iskrenja koje može uzrokovati teške opekline, požar, oštećenje vida, pa čak dovesti i do eksplozivnog raspada akumulatora.

Alkalijski akumulator

Alkalijski akumulator ima kao elektrolit vodenu otopinu kalijeva hidroksida (KOH), a prema materijalu elektroda razlikuje se nekoliko njegovih vrsta.

Pozitivne strane: Alkalijski je akumulator uz jednaki kapacitet lakši od olovnoga, čvršći je, može izdržati veća opterećenja i nagla praženjenja, i dulje traje.

Negativne strane: Nedostatak mu je što je obično skuplji, ima manju korisnost, a tijekom vremena slabi mu kapacitet. Korisnost je alkalijskog akumulatora oko 0,6.

Nikal-kadmijev i nikleno-željezni akumulator

Nikleno-kadmijev akumulator (tzv. „aku-baterije“) je izumio Šveđanin Jungner, a nikleno-željezni Amerikanac T.A.Edison, oba potkraj XIX.st..

U nikleno-kadmijevu i nikleno-željeznom akumulatoru aktivna je masa katode nikleni oksid hidrat (NiOOH), a aktivna masa anode Kadmiji, onosno željezo. Kemijski se proces prikazuje jednadžbom:

2 NiOOH + 2 H₂O + Cd <--> 2 Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂, a analogno i za nikleno-željezni akumulator.

Nazivni je napon jednog članka 1,2V. Dolaze u prodaju ponajčešće u formatu standardnih baterija, koje su također punjive. Radni napon im je razne voltaže.

Srebreno-cinkov i srebreno-kadmijev akumulato

Srebrno-cinkov akumulator izumio je Francuz H. Andre polovicom XX.stoljeća.

U srebreno-cinkovu i srebreno-kadmijevu akumulatoru aktivna se masa katode sastoji od srebrenih oksida (Ag₂O i Ag₂O₂), a aktivna je masa anode cink, odnosno kadmij. Kemijski proces prikazuje jednadžba:

Ag₂O₂ + 2 H₂O + 2 Zn <--> 2 Ag + 2 Zn (OH)₂, a analogno i za srebreno-kadmijev akumulator.

Nazivni je napon jednog članka 1,5V.

Posjeti te moju Facebook stranicu i zapratite me na twitteru:

https://www.facebook.com/groups/440561736498585/

https://twitter.com/Ajdin0123 

Napisao: Ajdin Ćurovac