Rodzaje akumulatorów

Akumulatory są elektrochemicznymi źródłami zasilania. Energia elektryczna powstaje w wyniku zachodzących reakcji chemicznych. Każdy akumulator składa się z jednego lub kilku ogniw. Ich liczba zależy od wymaganego napięcia zasilania.

W przypadku akumulatorów mamy do czynienia z ogniwami wtórnymi, gdzie zachodzi odwracalna reakcja chemiczna. Po doprowadzeniu napięcia z zewnątrz ogniwo wtórne kumuluje energię, którą następnie może oddawać.

Akumulatory ołowiowo-kwasowe (SLA)

Akumulator EP-7,2/12 Europower typu SLA Znamionowe napięcie ogniw ołowiowych wynosi 2V. Anoda i katoda są wykonane z płyt ołowiowych, zaś elektrolitem jest kwas siarkowy (H2SO4). Stąd też wywodzi się nazwa tych akumulatorów - ołowiowo-kwasowe. Ogólnie akumulatory ołowiowo-kwasowe można podzielić na dwie grupy: klasyczne z ciekłym elektrolitem i szczelne (popularnie nazywane bezobsługowymi). Bezobsługowe akumulatory ołowiowo-kwasowe oznaczane jako SLA (Sealed Lead-Acid - szczelne ołowiowo-kwasowe) lub VRLA (Valve Regulated Lead-Acid - ołowiowo-kwasowe regulowane zaworami), dzięki swoim zaletom oraz właściwościom eksploatacyjnym coraz powszechniej zastępują tradycyjne (mokre) akumulatory kwasowe i zasadowe, jak również baterie niklowo-kadmowe. Akumulatory SLA są wykonywane obecnie w dwóch technologiach różniących się sposobem wiązania elektrolitu. Akumulatory AGM (Absorbed Glass Mat) mają cały elektrolit uwięziony w separatorach z włókna szklanego o wielkiej porowatości. Z kolei akumulatory żelowe mają elektrolit unieruchomiony przez dodanie do niego niewielkiej ilości krzemionki. Do najważniejszych zalet akumulatorów bezobsługowych SLA należy zaliczyć fakt, iż nie wymagają uzupełniania wody i konserwacji elektrolitu (pomiary gęstości, poziomu itp.). Mogą pracować w dowolnej pozycji, nie mają bowiem płynnego elektrolitu, ponadto przy normalnej eksploatacji nie wydzielają gazów. Należy podkreślić również, iż akumulatory bezobsługowe SLA w porównaniu z klasycznymi akumulatorami mają niższą oporność wewnętrzną i są średnio o 70% mniejsze i o 50% lżejsze przy tej samej pojemności. Najpowszechniej stosowane akumulatory bezobsługowe SLA składają się z 6 ogniw i mają napięcie znamionowe 12V. Akumulatory SLA znajdują zastosowanie w następujących miejscach: zasilacze UPS, systemy alarmowe i przeciwpożarowe, centrale telefoniczne, siłownie telekomunikacyjne, stacje bazowe GSM, zasilanie awaryjne automatyki, oświetlenie awaryjne, urządzenia mobilne itp.

Akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd)

Znamionowe napięcie ogniw niklowo-kadmowych wynosi 1,2V. Katoda jest zbudowana z niklu Ni(OH)2, zaś anoda z kadmu. Elektrolitem jest wodorotlenek potasu. Akumulatory te charakteryzują się dużą gęstością energii w stosunku do masy. Mają długą żywotność dzięki dużej ilości cykli ładowania i rozładowania. Porządne akumulatory NiCd zapewniają - podczas swego długiego czasu życia - 1000 cykli ładowanie/rozładowanie. Ponadto mają bardzo niski współczynnik samorozładowania. Największą zaletą tych akumulatorów jest możliwość szybkiego naładowania. Niestety charakteryzują się też "efektem pamięciowym". Akumulatory NiCd mogą być używane w zakresie temperatur -40°C do 60°C. Zastosowanie znajdują w urządzeniach przenośnych o dużym poborze prądu, takich jak telefony komórkowe i bezprzewodowe, radiotelefony, kamery wideo i aparaty fotograficzne, golarki, oświetlenie awaryjne, laptopy, elektronarzędzia.

Akumulatory niklowo-wodorkowe (NiMH)

Akumulator NiMH Europower Znamionowe napięcie ogniw niklowo-wodorkowych wynosi 1,2V. Katoda jest zbudowana z niklu, zaś anoda pochłaniająca wodór jest specjalnym stopem wielu metali, w tym niklu, manganu, magnezu, wanadu, cyrkonu, aluminium, chromu i kobaltu. Chociaż związki nadające się na budowę anody odkryto już pod koniec lat sześćdziesiątych, to prace nad ich praktycznym zastosowaniem trwały do końca ubiegłego wieku. Elektrolitem jest wodorotlenek potasu. Akumulatory niklowo-wodorkowe mają większą gęstość energii (teoretycznie nawet o 50%) niż akumulatory niklowo-kadmowe, co oczywiście oznacza większą pojemność. Niestety charakteryzują się nieco mniejszą żywotnością i krótszym czasem samorozładowania. Nie występuje tutaj "efekt pamięciowy", dzięki czemu nie jest konieczne rozładowywanie akumulatora przed jego ponownym ładowaniem. Konstrukcja tych akumulatorów wymaga bardzo dużej szczelności ze względu na wydzielanie wodoru podczas reakcji. Akumulatory mogą być używane w zakresie temperatur -10°C do 40°C. Akumulatory niklowo-wodorkowe mają nawet od dwóch do trzech razy większą pojemność niż analogiczne akumulatory niklowo-kadmowe. Wymagają również procesu formowania. Nie zawierają szkodliwego kadmu, są zatem mniej uciążliwe dla środowiska i w zasadzie wyparły już akumulatory niklowo-kadmowe. Obszar zastosowań jest podobny jak w przypadku akumulatorów niklowo-kadmowych i mogą być stosowane zamiennie.

Akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion)

Napięcie znamionowe ogniwa litowo-jonowego wynosi 3,6V. Elektrodą dodatnią jest LiCoO2, zaś ujemną węgiel porowaty. Elektrolitem są sole litowe rozpuszczone w rozpuszczalnikach organicznych. Proces ładowania polega na przemieszczaniu się jonów litu Li+ z elektrody dodatniej poprzez elektrolit do elektrody ujemnej pod wpływem przyłożonego napięcia zewnętrznego. Podczas pracy baterii jony litu Li+ wracają z elektrody ujemnej do elektrody dodatniej. Akumulatory litowo-jonowe mają gęstość energii w granicach 100-200Wh/kg. Dzięki temu osiagają dwukrotnie większą pojemność, niż akumulatory niklowo-kadmowe przy porównywalnych pozostałych parametrach. Akumulator składa się z odpowiedniej ilości połączonych ze sobą ogniw oraz z układu elektronicznego zabezpieczającego przed nadmiernym rozładowaniem lub przeładowaniem. Zakres temperatur pracy wynosi od -20°C do 50°C. Akumulatory litowo-jonowe są wygodne w obsłudze, ponieważ można je doładowywać w dowolnym momencie (nie mają efektu pamięciowego). Pewnym problemem konstrukcyjnym przy produkcji akumulatorów litowo-jonowych większej mocy jest konieczność odprowadzania dużych ilości ciepła wydzielanego podczas pracy i ładowania. Wadą jest to, że mogą wyciec, zapalić się lub wybuchnąć po nagrzaniu do zbyt wysokich temperatur. Akumulatory litowo-jonowe są wykorzystywane w różnego rodzaju urządzeniach, np. w takich jak telefony komórkowe, laptopy, elektronarzędzia i ostatnio samochody z napędem elektrycznym.

Autor: Aleksy Kordiukiewicz

Ofertę baterii i akumulatorów wraz z opisami, fotografiami i kartami katalogowymi można obejrzeć w katalogu internetowym AVAL.