Hogyan változtatták meg a modern akkumulátorok a világot? | Mobil forradalom

Hogyan változtatták meg a modern akkumulátorok a világot? – TARTALOM

1. A savaktól a mérgező fémekig
2. A nikkel maradt, de a kadmiumot lecserélték
3. Az akkumulátorproblémákat még mindig nem úsztuk meg

A savaktól a mérgező fémekig

Az első valóban modern akkumulátoroknak a tölthető nikkel-kadmium cellákat (NiCd) tekinthetjük. Ezt az akkumulátortípust a svéd feltaláló, Waldemar Jungner találta fel 1899-ben – és azonnal nyilvánvaló volt, hogy sokkal jobb, mint az ólomakkumulátorok. Elsősorban teljesen zárt rendszerűek voltak, nem tartalmaztak savas elektrolitot, amely kifolyhatott volna – és olyan jó tulajdonságokkal is bírtak, mint a nagy számú töltési-kisütési ciklus, ha megfelelően gondoskodtál róluk.

A nikkel-kadmium cellák hátránya az volt, hogy kadmiumot tartalmaztak, ami mérgező fém – és erős memóriaeffektusuk is volt. Ez azt jelenti, hogy ha rendszeresen csak egy bizonyos szintig merítetted őket, az akkumulátorok „megjegyezték” ezt, és a kapacitásuk erre a szintre csökkent. A NiCd akkumulátort nem szabad sem teljesen feltöltve, sem teljesen lemerítve tárolni, nem szabad csak részben meríteni, rendszeresen úgynevezett ciklizálást igényel: teljesen le kell meríteni, majd újra feltölteni. A NiCd akkuk hatalmas előrelépést jelentettek, de kellemetlen tulajdonságaik miatt gyakran idő előtt tönkrementek, mert az emberek úgy használják az eszközeiket, ahogy nekik kényelmes – nem úgy, ahogy a tervezőik szeretnék.

Nagy probléma ezeknek az akkumulátoroknak a mérgezősége is, ezért 2016 óta az EU-ban tiltottak, kivéve a speciális felhasználásokat. Ezeknek az akkumulátoroknak továbbra is vannak nagyon jó tulajdonságaik, különösen alacsony, állandó terhelésű felhasználásnál, például vészvilágítás tartalék akkumulátoraként vagy orvosi eszközöknél. A modern, változó fogyasztású készülékekhez viszont nem igazán alkalmasak.

A nikkel maradt, de a kadmiumot lecserélték

A következő lépést a nikkel-metálhidrid akkumulátorok (NiMH) jelentették. A kutatásuk 1967-ben indult, de a kémiával kapcsolatos problémák miatt csak a 80-as években kezdtek el gyártani őket, amikor jobb ötvözeteket fedeztek fel, amelyek megbízhatóvá tették az akkumulátorokat. A NiMH akkumulátorok energiasűrűsége 40%-kal nagyobb, mint a NiCd-é, és nem szenvednek olyan erős memóriaeffektustól, de megvannak a maguk gyengéi.

Az alapvető hátrányuk a gyors önkisülés: az első nap során akár a kapacitásuk 20%-át is elveszíthetik, utána pedig havi 10% körüli ütemben merülnek. Csakhogy – ha naponta töltöd a laptopodat és naponta használod, ez nem feltétlenül zavaró, ráadásul a nagyobb energiasűrűség azt jelenti, hogy jelentősen csökken az alulfeszültség (brown out) kockázata, és a gép megbízhatóbb. Az önkisülés problémáját a Panasonic oldotta meg az Eneloop akkumulátoraival: ma extrém alacsony önkisülésű akkukat kínál, így ideálisak zseblámpákhoz, egerekhez, távirányítókhoz és hasonlókhoz. A legmodernebb változatokat a lítium-ion (Li-Ion) és a lítium-polimer (LiPO) akkumulátorok képviselik.

Három tudós, akik részt vettek a lítium-ion akkumulátor fejlesztésében – John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham és Akira Yoshino – munkájukért 2019-ben kémiai Nobel-díjat kaptak. A lítium-ion akkumulátorok könnyűek, nagy töltő- és kisütőáramokat tesznek lehetővé, és nagy az energiasűrűségük (az az energiamennyiség, amely az akkumulátor egységnyi tömegében tárolható).

Ma a lítium-ion akkumulátoroknak nagyon sok típusa létezik, amelyek felépítésükben különböznek – lítium-vasfoszfátos (LiFePO4), lítium-kobaltos (LCO), lítium-mangános (LMO), lítium-nikkel-mangán-kobaltos (NMC) vagy lítium-titanátos (LTO). Minden akkumulátortípusnak megvannak a saját előnyei és hátrányai. A fogyasztói elektronikában általában lítium-kobaltos akkumulátorokat (LCO, Lithium Cobalt Oxide) használnak, mert nagy a kapacitásuk, és nem gond, hogy nem tudnak nagy áramokat leadni – a mobiloknak és a laptopoknak elsősorban hosszú üzemidőre van szükségük.

Az akkumulátorproblémákat még mindig nem úsztuk meg

A lítium-ion akkumulátorok hátránya, hogy viszonylag sérülékenyek, és kigyulladás esetén veszélyesek, ráadásul nagyon nehéz őket eloltani. A fogyasztói elektronikában lévő akkumulátorok általában elég biztonságosak, de ahogy a Samsung Galaxy Note 7 (2016) esetében is látszott, a rosszul megtervezett akkumulátorok gyulladást, sőt robbanást is okozhatnak. A legtöbb esetben ez az akkumulátortípus ideális kompromisszumot kínál az eszköz üzemideje és az akkumulátor élettartama között, csak be kell tartani az alapvető biztonsági szabályokat.

A lítium-ion akkumulátorokat nem szabad teljesen lemeríteni, és nem jó hosszú távon teljesen feltöltve tartani sem. A modern notebookok lehetőséget kínálnak arra, hogy az akkumulátort csak 80%-ig töltsd fel, ezzel kímélve az élettartamát; ha hosszabb ideig nem használod az eszközt, érdemes csak 60–70%-ra feltölteni. Időről időre ellenőrizni kell a nem használt akkumulátorok állapotát, mert teljesen nullára is lemerülhetnek, ami tönkreteheti őket. Az akkumulátorokat nem érdemes extrém hőmérsékletnek kitenni sem: a Li-Ion akkuk -20 °C és 60 °C között elviselik a hőmérsékletet, a fogyasztói elektronikánál pedig azt javasoljuk, hogy szobahőmérsékleten tárold őket, vagyis 0 °C és 40 °C között.

Ha az akkumulátor meghibásodik, érdemes szervizben kicseréltetni és környezetbarát módon újrahasznosíttatni. Semmiképp se szedd szét saját magad – néhány ugyan javítható, de az akkukban vannak biztonsági mechanizmusok, amelyeket nem jó megkerülni. Javításhoz márkaszerviz használatát javasoljuk, amely tanúsítvánnyal rendelkezik az adott akkumulátortípus kezelésére. Ugyanígy ajánlott tanúsított töltőket használni, és kerülni a nagyon olcsó, gyanús forrásból származó modelleket.

A nikkelalapú cellák alapozták meg a hordozható eszközöket, mert nem tartalmaztak mérgező savakat, újratölthetők voltak, és hosszú működést tettek lehetővé egyetlen töltéssel. A mai lítium cellák sokkal fejlettebbek, ennek ellenére még mindig nem olyan biztonságosak, mint szeretnénk.