Akumulátor

Akumulátor

Akumulátor prišiel na svet v roku 1854, keď nemecký vojenský lekár Wilhelm Joseph Sinsteden si pri elektrolýze kyseliny sírovej všimol, že pri pretekaní prúdu sa kladná olovená elektróda pokryla vrstvou oxidu olovičitého a tým sa stala zápornejšia než záporná elektróda (čo bolo zjavne proti všetkým predpisom - armáda predsa nie je holubník!). Keď však Sinsteden vypol prúd a medzi elektródy položil elektrickú záťaž, zistil, že takto vzniknutým obvodom tečie v opačnom smere prúd podstatne väčší, a to až do opätovného rozloženia oxidu na spomínanej elektróde. O päť rokov neskôr vznikol na stole parížskeho fyzika Raymonda Louisa Gastona Planté (s mojím menom si tu pripadám nejako čudne - vy nie?) prvý zberač prúdu - akumulátor.

Olovený akumulátor

Býva zdrojom elektrickej energiev motorových vozidlách. Skladá sa z obalu, ktorý jenaplnený vodným roztokom kyseliny sírovej a z niekoľkých dvojícponorených elektród. Zápornou elektródou je hnedý oxid olovičitý. Stav nabitia oloveného akumulátora sa zisťuje meraním hustoty roztoku kyseliny sírovej. Z tohoto článku možno odoberať veľmi veľký prúd, pretože článok

Elektrochemický akumulátor

Pokročilé elektrochemické akumulátory využívajú ku svojej činnosti rôzne typy elektród a elektrolytov, ktoré sú odlišné od používaných v olovených akumulátoroch. Princíp akumulátorov spočíva v premene elektrickej energie v energii chemickej akumulátorového média. Všeobecne platí, že pokročilé elektrochemické akumulátory sú oproti rovnako ťažkým oloveným akumulátorom niekoľkonásobne výkonnejšie, znáša radové vyšší počet nabíjacích cyklov a nabíja sa podstatne rýchlejšie. Medzi nedostatkami môžeme uviesť tzv. pamäťový efekt u niektorých z nich (napr. v niklokadmiovom akumulátore) a predovšetkým vysoku cenu z dôvodu použitia vzácnych kovov.

Typy elektrochemických akumulátorov - nikl-ocelový, nikl-kadmiový, nikl-metalhydridový, lithium-iontový, zinko-vzdušný, sodíko-sírový, striebro-zinkový, striebro-kadmiový. Najvyšší počet nabíjacích cyklov (až tritisíc) a ultrarychlé nabíjanie (pod 1 hodinu) majú nikl-kadmiové akumulátory. Sodíkovo-sírové akumulátory, pracujúce pri teplote okolo 300 °C, prekonávajú svojim výkonom 300 W/kg trojnásobný výkon rovnako ťažkých akumulátorov olovených. V jadrových elektrárňach sa pre zajistené napájanie bezpečnostne významných zariadení používajú akumulátory s kapacitou až 1200 Ah.

Zotrvačníký akumulátor

Zotrvačník je historicky prvým akumulátorom energie. Jeho princíp spočíva v roztočení kotúča s pomerne veľkou hmotnosťou. Po odpojení od vonkajšieho zdroja energie kotuč setrvačnosti ďalej rotuje a stává sa tak sám zdrojom naakumulovanej kinetickej energie. Setrvačníky sa v energetike široko používajú napríklad pre plynulý dokončenie napájacích čerpadiel pri výpadku elektrického napájania. Za zmenu taktiež stojí zkušební provoz elektrických gyrobisu vo Švajčiarsku. Jedná sa o špeciálne upravené trolejbusy s jedenapultunovým setrvačníkem pod podlahou na hrídeli elektrického stroja. Moderné typy setrvačníkov predstavujú ľahké a menšie čočkovité kotúče z vyztužených plastov, ktoré vo špeciálních ložiskách a vo vakuových alebo heliem plnené skríne rotujú až desettisíckrát za minutu. Takto konštruované setrvačníky sa v priemysle využívajú pre prekonánie krátkodobých výpadkov siete nebezpečných pro riadiace a počitačové systémy.

Supravodivý indukčný akumulátor

Supravodivý indukčný akumulátor je zariadenie, ktoré umožňuje uchovať elektrickú energiu vďaka bezstratovému prenosu elektrického prúdu po supravodivých kábloch.Prvé malé supravodivé akumulátory UPS (Uninterruptible Power Supplies) z USA pracujú s supravodivou cievkou ponorenou do kvapalného hélia, ktorá je napájaná cez usmerňovač. Prúd v nej cirkuluje s minimálnou stratou 0,3 kWh za 24 hodín. Akumulátor je schopný reagovať behom 0,2 mikrosekundy na hlbší pokles napetia siete a je schopný na preklenovaciu dobu dodávať výkon okolo 1 MW.

Vetší supravodivý akumulátor SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) s kapacitou 800 Wh stabilizuje spojovacie vedenie spoločnosti Bonneville Power v Oregonu (USA). Vydržal niekoľko miliónov cyklov nabitia-vybitia, pričom doba nabíjania i vybíjania je extrémne krátka a účinnosť je lepšia než 95%. Existujú štúdia energetických supravodivých akumulátorov s kapacitou až 4000 MW. Tieto akumulátory majú mať podobu prstenca v ktorom je v kvapalnom héliu ponorena slučka z tlstého medeného vodiča. Straty sa započítaním príkonu kryogennej stanice udržujú hélium pri teplote pod mínus 269 °C nemajú byť menšie než 1%.

Akumulátor tepla

Akumulátortepla(zásobník tepla) je zariadenie umožňujúce uchovať teplo do okamžiku spotreby. Jedná sa napríklad o teplo slnečného žiarenia, ktoré je možno uchovávať v kvapalnej alebo pevnej látke. Môže to byť tiež zásobník naplňený najčastejšie horúcou vodou a parou. Pracuje tak, že v dobe nízkej spotreby tepla sa na neho zachytí prebytočná para, ktorá zvyšuje tlak v zásobníku a kondenzuje v ňom. V dobe vysokej spotreby se para odeberá z priestoru nad hladinou. Tým klesá tlak, časť horúcej vody sa odparuje a vzniknutá para kryje špičkovú spotrebu.

Nikelkadmiový akumulátor

Nikelkadmiové akumulátory patria k najjednoduchším a najefektívnejším akumulátorom na poli audio/video, aj keď parametricky sú na tom asi najslabšie. V porovnaní s vyššie spomenutými rivalmi majú najmenšiu hustotu energie na jednotku objemu. Majú však veľa pozitívnych vlastností: ich výroba nie je náročná, životnosť dlhá (až do 1 000 cyklov), sú odolné voči veľkému rozpätiu teplôt a dajú sa nabíjať tzv. rýchlonabíjaním. Po prevádzkovej stránke sú naozaj spoľahlivé - napríklad v r. 1893 slúžili Nansenovej polárnej expedícii na severný pól aj pri -50°C. A to už sú všetky psy dávno zlomené. Najväčšími negatívami NiCd akumulátorov sú: silný sklon k pamäťovému efektu a použitie toxického kadmia pri ich výrobe. Ekologické slabiny týchto akumulátorov sú aj hlavným dôvodom, prečo sú čoraz vo väčšej miere nahradzované a v niektorých oblastiach už aj plne nahradené nikelmetalhydridovými akumulátormi.

NiMH akumulátory priviedla na svetlo sveta firma GP Battery (značka GP má podľa mňa jeden z najlepších pomerov výkon/cena vôbec), nemecká dcérska spoločnosť koncernu GPI (Gold Peak Industries Group). V roku 1992 sa tak na trhu ocitol prvý "tužkový" NiMH akumulátor, nasledovaný ďalšími a ďalšími výrobcami.

V porovnaní s NiCd akumulátormi majú NiMH o 30-40% vyššiu objemovú hustotu a nižší sklon k memory-efektu. Teplotný diapazón ich použitia siaha od -20 do +60°C. Ich slabé stránky sú však tiež povšimnutiahodné: trpia značným samovybíjaním, majú vyšší vnútorný odpor a neznesú vysoké prúdové špičky. Nie je ich teda možné nabíjať rýchlonabíjaním, ani použiť pri prístrojoch s vysokým odberom prúdu. Navyše sú o čosi drahšie ako NiCd akumulátory, čo im tiež nezvýši príťažlivosti. Výrobcovia negatívne stránky tejto technológie rôzne kamuflujú a zľahčujú, ale fakt, že NiMH akumulátory sú najcitlivejšie na správnosť nabíjania a vybíjania, je neodškriepiteľný. A koľkože mobilných telefónov ponúka stupídnu funkciu vybíjania akumulátora, páni špičkoví výrobcovia? Na ich spočítanie by asi stačila jedna ruka zaslúžilého drevorubača (teda ja viem len o jednom prístroji).

Lítiumionový akumulátor

Lítiumionové akumulátory vznikli nepochybne preto, aby si burzoví makléri a iní spasitelia monetarizmu nemuseli kupovať každý mesiac novú "baterku" do mobilu. Tento dar nám dala firma SONY, za čo jej buď chvála, úspech a sláva až na veky vekov. Lítiumionový akumulátor vykazuje takmer všetky pozitíva Správneho Akumulátora (pozri: Príručka Správneho Akumulátora od Z. Svěrák & J. Svěrák, Nakladatelství Český spisovatel 1991 - mimochodom, dodatočne prajem všetko najlepšie p. Zdeňkovi Svěrákovi k jeho narodeninám).

To znamená: veľmi vysoká energetická hustota, ergo malé rozmery a nízka hmotnosť, inercia voči prebíjaniu, neexistencia memory-efektu a veľmi nízke samovybíjanie. Silné argumenty. Ešte silnejším je až trojnásobné napätie monočlánku, čo hovorí samo za seba. Na opačnej miske váh stojí menšia odolnosť voči mrazu (s hrôzou som zistil, že s mojím telefónom NOKIA 6110 nesmiem v zime zaspať na ulici), horšia dispozícia k rýchlonabíjaniu, no a najväčší nedostatok - cena. Je to drahé, čo narobíme.