From Wikipedia, the free encyclopedia
Akumulator, električni (lat. accumulare: nakupljati, nagomilati) je sekundarni električni članak, naprava (tzv. „spremnik energije“) u kojoj se električna energija pretvara u kemijsku (punjenje akumulatora), ostaje u njoj pohranjena i zatim se, prema potrebi, može nanovo pretvoriti u električnu (pražnjenje). Pripada po kategoriju galvanski sekundarni članak. Radi se o punivoj vrsti baterije. Razlog punjivosti ovih baterija je što je kemijska reakcija koja stvara struju reverzibilna.[1]
Najpoznatije i najstarije vrste sekundarnih baterija olovno-kiselinski i NiCd akumulator. NiMH i litij-ionska baterija novije su povijesti.
Uporabni podaci kojima se opisuje akumulator jesu:
Načelno, umnožak vremena pražnjenja akumulatora s prosječnom jakošću struje pražnjenja trebao bi biti jednak kapacitetu akumulatora. Međutim, u stvarnosti kapacitet značajno ovisi o urednosti režima pražnjenja i punjenja.
Svi uobičajeni tipovi akumulatora rade pri temperaturi okoliša.
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 tome 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.
Ponegdje služe i kao pričuva za slučaj kratkotrajnih ispada električne mreže. Primjenjuju se i za pogon manjih cestovnih i tračnih vozila, ali im je zbog nedovoljna kapaciteta, kratka vijeka trajanja i velike primjene u te svrhe ograničena.
Razvoj akumulatora usmjeren je prema povećanju specifičnoga kapaciteta, broja mogućih punjenja i pražnjenja te najveće dopuštene struje pražnjenja.
Dodatni ekonomski uvjeti jesu povećanje trajnosti akumulatora, pojednostavljenje rukovanja i održavanja, sve uz tržišno prihvatljivu cijenu. U tom su smislu razvijeni akumulatori s čvrstim elektrolitom (solna talina u litijevo-kloridnom akumulatoru) te s organskim tekućinama i polimerima (litijev akumulator).
Iz skupine alkalnih akumulatora posebno je uspješno razvijen nikleno-vodikov akumulator koji se upotrebljava u svemirskim letjelicama.
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).
Najveći je proizvođač akumulatora u Hrvatskoj tvornica „Munja“ iz Zagreba, osnovana još 1920. godine.
Zamisao električnog akumulatora potječe od Nijemca J. W. Rittera još iz 1803., a to je bilo samo tri godine nakon Voltina izuma galvanskog članka.
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 kemijsku reakciju, ovisno o tipu akumulatora. Tako napunjen akumulator postaje izvorom električne energije ako se na njegove elektrode priključi neko trošilo. Ta mogućnost dvosmjerne pretvorbe jedne energije u drugu (reverzibilnost) bitna je značajka akumulatora, za razliku od primarnih, galvanskih članaka, u kojima se kemijska energija samo jednosmjernim procesom pretvara u električnu energiju.
Olovni akumulator izumio je i razvio francuski fizičar Gaston Plante 1859. godine.[1] U tehnički nešto dotjeranijem obliku taj se akumulator još i danas najviše upotrebljava.
Olovni akumulator sastoji se od jednog ili više članaka, koji sadrže dvije olovne ploče (elektrode; katodu i anodu), uronjenih u vodom razrijeđenu sumpornu kiselinu (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 sloga 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.
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 tada ne prekine dovođenje električne struje, nastaje elektroliza vode (oslobađaju se plinovi vodik i kisik). Istovremeno, povećava se koncentracija sumporne kiseline (H2SO4). Nakon punjenja elektrode su postale različite pa su zajedno s elektrolitom galvanski članak s nazivnim naponom 2 V.
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. Pri pražnjenju se odvija suprotan proces, stvarajući napon na elektrodama visine oko 2 V. Pri pražnjenju na objema elektrodama nastaje olovni sulfat(PbSO4), a u elektrolitu voda. Tako su u praznom akumulatoru obje elektrode jednaka kemijskog sastava, a elektrolit je rjeđi. Ukupna se reakcija može opisati reverzibilnom jednadžbom:
PbO2 + 2 H2SO4 + Pb <--> 2 PbSO4 + 2 H2O
Kada se isprazni, akumulator se može ponovno napuniti. Korisnost je olovnog akumulatora 0,7 do 0,8.
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.
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 kadmij, 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 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.
Trajnost akumulatora, odnosno broj mogućih punjenja prije osjetnog gubitka kapaciteta je ipak ograničena, i kod olovnih akumulatora iznosi svojih 3 - 4 godine, a kod akubaterija i manje (2 godine). I trajnost u velikoj mjeri zavisi o ispravnom održavanju i režimu punjenja i pražnjenja.
Obične baterije koje nisu predviđene za punjenje, ne smiju se puniti, jer je tako dobiveni "dodatni" kapacitet mali, a prilikom punjenja obične baterije mogu eksplodirati.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.