Akumulator elektryczny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy akumulatora elektrycznego. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.
Samochodowy kwasowo-ołowiowy akumulator rozruchowy 12 V/36 Ah/300 A
Akumulatorki niklowo-kadmowe 1,2 V, 500 mAh, lata 80. XX w.

Akumulator elektryczny – rodzaj ogniwa galwanicznego, które może być wielokrotnie użytkowane i ładowane prądem elektrycznym. Wszystkie rodzaje akumulatorów elektrycznych gromadzą i później uwalniają energię elektryczną dzięki odwracalnym reakcjom chemicznym zachodzącym w elektrolicie oraz na styku elektrolitu i elektrod.

W akumulatorach występują dwa cykle pracy

  • ładowanie, w czasie którego akumulator jest odbiornikiem energii elektrycznej, wewnątrz akumulatora energia elektryczna jest przetwarzana na energię chemiczną
  • pobór energii z akumulatora (praca) – urządzenie staje się źródłem prądu elektrycznego na skutek przemiany energii chemicznej na energię elektryczną; rezultatem poboru energii jest stopniowe rozładowywanie akumulatora

Jednym z podstawowych parametrów akumulatora jest pojemność. Jest to zdolność ogniwa do przechowywania ładunku elektrycznego zwykle wyrażana w amperogodzinach [Ah] i jednostkach krotnych (w układzie SI jednostką ładunku jest kulomb, 1 Ah = 3600 C). Typowy akumulator samochodowy ma pojemność ok. 50 Ah, co oznacza, że jest zdolny dostarczać prąd o natężeniuA przez 50 godzin, typowe akumulatorki miniaturowe rozmiaru R6 (AA) charakteryzują się ładunkiem rzędu 500–3000 mAh, zatem prąd 100 mA mogą dostarczać przez 5–30 godzin.

W trakcie ładowania przez akumulator prąd płynie w przeciwnym kierunku niż w trakcie jego pracy. Odwracalne reakcje chemiczne powodujące ładowanie i pracę są w istocie takie same, tyle że zachodzą w przeciwnym kierunku. W praktycznie każdym akumulatorze oprócz pożądanych, odwracalnych reakcji chemicznych zachodzą też jednak nieodwracalne reakcje uboczne, które powodują że z czasem akumulator traci swoje właściwości.

Ładowanie Praca
Charakter procesów wymuszony przepływem prądu samorzutny, generuje prąd
Kierunek przepływu elektronów
w zewnętrznym obwodzie elektrycznym
zawsze od anody do katody
Elektroda oznaczona katoda anoda
Elektroda oznaczona + anoda katoda
Utlenianie zawsze zachodzi na anodzie
Redukcja zawsze zachodzi na katodzie

W zależności od składu elektrolitu i budowy elektrod rozróżnia się następujące rodzaje akumulatorów:

  • Akumulator kwasowo-ołowiowy (akumulator Plantego) – w którym elektrolitem jest roztwór kwasu siarkowego, elektroda (−) wykonana jest z ołowiu (z dodatkami) w formie siatki, zaś elektroda (+) jest wykonana z tlenku ołowiu(IV) PbO2 immobilizowanego na ramce ołowianej – tego rodzaju akumulatory są masowo wykorzystywane w samochodach. Zaletą akumulatora ołowiowego jest zdolność rozładowania dużym prądem przez krótki czas, prostota układu ładowania, niska cena w stosunku do pojemności. Wadą jest znaczna masa przypadająca na jednostkę pojemności.
  • Akumulator NiCd – zwany też wtórną baterią alkaliczną – w której elektrody są wykonane z wodorotlenku niklu i wodorotlenku kadmu, zaś elektrolitem są półpłynne lub stałe substancje o składzie chemicznym różniącym się w zależności od producenta, ale zawsze posiadającym silnie zasadowy (inaczej alkaliczny) odczyn.
  • Akumulator NiMH – ulepszona odmiana akumulatorów NiCd, w których jedna z elektrod jest wykonana z niklu, zaś druga elektroda ze spieku metali ziem rzadkich w atmosferze wodoru. Rolę klucza elektrolitycznego spełnia gąbczasta struktura nasączona substancjami alkalicznymi oraz złożonym chemicznie katalizatorem. System elektrochemiczny jest zdolny do absorpcji wydzielających się podczas ładowania gazów, szczególnie wodoru. Akumulator jest całkowicie szczelny i charakteryzuje się długą żywotnością.
  • Akumulator Li-ion – w których jedna z elektrod jest wykonana z porowatego węgla a druga z tlenków metali, zaś rolę elektrolitu pełnią złożone chemicznie sole litowe rozpuszczone w mieszaninie organicznych rozpuszczalników.
  • Akumulator litowo-polimerowy – odmiana akumulatorów Li-ion, w których ciekły elektrolit jest zastąpiony stałym elektrolitem polimerowym wykonanym z np. gąbek na bazie poliakrylonitrylu.

Sprawność akumulatora, czyli stosunek energii oddanej podczas pracy do energii włożonej do akumulatora w procesie ładowania, jest zawsze mniejsza od jedności. W większości akumulatorów sprawność jest rzędu 60%.

Akumulator w transporcie[edytuj | edytuj kod]

Zużyte baterie i akumulatory elektryczne

Jednym z pomysłów na rozwiązanie problemu braku paliw ropopochodnych (wytwarzanych z ropy naftowej), który spodziewany jest w przyszłości (patrz Peak oil), może być produkowanie samochodów elektrycznych. Auta takie byłyby ładowane raz na jakiś czas z sieci elektroenergetycznej, energia chemiczna wewnątrz akumulatora napędzałaby silniki elektryczne w pojeździe. Do ewentualnego rozwiązania w przyszłości pozostanie problem znalezienia odnawialnego źródła energii elektrycznej.

Stan prawny w Polsce[edytuj | edytuj kod]

Od dnia 12 czerwca 2009 r. weszła w życie ustawa o bateriach i akumulatorach z dnia 24 kwietnia 2009 roku, która nakłada obowiązek zbierania zużytych baterii i akumulatorów w celach ich recyklingu. (Dz. U. z 2009 r. nr 79, poz. 666)[1].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Wikimedia Commons

Przypisy

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Andrzej Czerwiński: Współczesne chemiczne źródła prądu. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne. [dostęp 2010-11-07].