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,
- praca – akumulator jest źródłem prądu elektrycznego na skutek przemiany energii chemicznej na energię elektryczną; rezultatem pracy jest stopniowe rozładowywanie akumulatora.
Jednym z podstawowych parametrów akumulatora jest całkowity ładunek elektryczny (potocznie zwany pojemnością [1].) zwykle wyrażany w amperogodzinach [Ah] lub jednostkach krotnych (w układzie SI jednostką ładunku jest kulomb, 1 Ah = 3600 C), jest to zdolność ogniwa do przechowywania ładunku elektrycznego (energii elektrycznej). Typowy akumulator samochodowy ma ładunek ok. 50 Ah, co oznacza, że jest zdolny dostarczać prąd 1 A przez 50 godzin[2]; typowe akumulatorki miniaturowe rozmiaru R6 (AA) charakteryzują się ładunkiem rzędu 500…3000 mAh, zatem prąd 100 mA mogą dostarczać przez 5…30 godzin[2].
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 | od anody do katody | od anody do katody |
| Elektroda ujemna | katoda | anoda |
| Elektroda dodatnia | 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, katoda wykonana jest z ołowiu (z dodatkami), w formie siatki, zaś anoda 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 różnym składzie chemicznym u różnych producentów, 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, dzięki czemu akumulator może być całkowicie szczelny i charakteryzować 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%.
edytuj Akumulator w transporcie
Jednym z pomysłów na rozwiązanie problemu braku paliw ropopochodnych (wytwarzanych z ropy naftowej), który spodziewany jest w przyszłości (patrz Oil Peak), 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.
edytuj Zobacz też:
edytuj Przypisy
- ↑ Używanie pojęcia pojemność w stosunku do akumulatorów jest błędne (dotyczy kondensatorów), lecz bardzo rozpowszechnione
- ↑ 2,0 2,1 jest to teoretyczna wartość szacunkowa, w rzeczywistości w pierwszych kilku godzinach wyładowania może dostarczać prąd większy niż w ostatnich; ponadto nigdy nie da się bez zniszczenia ogniwa wykorzystać i wyczerpać całkowitej zgromadzonej w nim energii.