Akkumulátorok a múltban

Akkumulátorok a múltban – TARTALOM

1. Egyszer, és kész
2. Az ólomkorszak még mindig tart, bár csak korlátozottan
3. A kadmium nagyobb energiasűrűséget kínál, de mérgező

Egyszer, és kész

Az akkumulátoroknak hosszú történetük van, amely talán egészen i. e. 200-ig nyúlik vissza; ebből az időből származik az úgynevezett bagdadi elem. Ez egy agyagedény vas- és rézelektródával, amelyet talán galvanikus bevonásra használtak, de ezt már sajnos nem fogjuk megtudni, mert valaki ellopta azt az iraki múzeumból a második öbölháború idején, 2003-ban.

Az első, valóban bizonyítható elektromos elemnek az úgynevezett volta-oszlopot tartjuk, amelyet az olasz kémikus Alessandro Volta 1799-ben állított össze. Ez egy egyszer használatos elem volt, amely nagyobb feszültséget tudott adni azzal, hogy egyre több cellát kapcsoltak sorba egy „oszlopban”. Ezzel megmutatkoztak az elektrokémiai cellák alapvető tulajdonságai, illetve az is, hogyan lehet őket sorba rendezni – vagyis elemekből „akkumulátort” építeni.

Az ólomkorszak még mindig tart, bár csak korlátozottan

Az egyszer használatos elemek valójában nem túl izgalmasak, ha eltekintünk azoktól az alkalmazásoktól, amelyek nagyon kicsi áramfelvételt igényelnek, és ahol az elemet a készülék élettartama alatt csak néhányszor kell cserélni. A valódi változás az akkutechnológiában csak akkor jött el, amikor megjelentek az újratölthető akkumulátorok, amelyeket ismételten fel lehet tölteni és le lehet meríteni.

A francia fizikus Gaston Planté 1859-ben feltalálta az ólomakkumulátorokat, amelyek tulajdonképpen a mai napig sikeresek. Ezek egy reverzibilis kémiai reakción alapulnak: amikor ahelyett, hogy áramot vennénk le, áramot táplálunk be, a kémiai reakció iránya megfordul, és az akkumulátor újra feltölthető. Az ő akkumulátora kénsav és ólom reakcióját használta – és ezeket az akkumulátorokat az autóiparban a mai napig alkalmazzák, mert bár a sav korrozív, és az akkumulátor energiasűrűsége viszonylag alacsony (kb. 35 Wh/kg), az ilyen elven működő akkuk olcsók, megbízhatóak, és alacsony és magas hőmérsékleten is jól bírják a használatot.

Ilyen akkumulátort használt például a Macintosh Portable (1989) is: SLA akkukkal (Sealed Lead Acid) működött, és 5 wattos fogyasztás mellett egy töltéssel akár 10 órán át is üzemelt. A gép nagy méretű volt, háttérvilágítás nélküli kijelzővel – és bonyolult tápbekötéssel, amely a bootoláshoz megkövetelte az akkumulátor jelenlétét. Ólomakkumulátorokat ma is használnak, mert viszonylag olcsón gyárthatók, és ésszerűen újra is hasznosíthatók – bár otthon senkinek sem kellene szétszednie őket.

A kadmium nagyobb energiasűrűséget kínál, de mérgező

Jelentős előrelépést jelentenek az újratölthető nikkel-kadmium cellák (NiCd). Ezt a típust a svéd feltaláló Waldemar Jungner találta fel 1899-ben – és azonnal világos volt, hogy sokkal jobb, mint az ólomakkumulátor. Az energiasűrűség 60 Wh/kg-ra nőtt, a cellák alacsonyabb, 1,2 V-os feszültséget adtak, de kisütés közben csak kicsi volt a feszültségesés. Az akkuk teljesen szilárdak voltak, nem tartalmaztak agresszív elektrolitot, ami kifolyhatna – és jó tulajdonságuk volt a nagy ciklusszám is: akár 2000 töltési–kisütési ciklus, ha jól bántál velük.

Ezek az akkuk eleinte az úgynevezett memóriaeffektustól szenvedtek: ha ismételten csak egy bizonyos szintig merítették őket, az akku úgy kezdett viselkedni, mintha tartósan csökkent volna a kapacitása. Előnyük viszont az volt, hogy nagy áramokat tudtak leadni, ezért gyakran használták őket otthoni akkus szerszámokban, de meglepő módon például vészvilágításban és orvosi eszközökben is.

A mérgező kadmiumtartalom miatt 2006 óta az EU területén be vannak tiltva. Ez azonban alapvetően nem gond, mert a háztartási elektronikában a jóval nagyobb kapacitású lítiumion-akkumulátorok váltották fel őket, a klasszikus ceruzaelemeket pedig a nikkel-metálhidrid akkuk, amelyek hasonló tulajdonságúak, de nem mérgezők.

Az elektromos akkumulátorokat több mint 200 éve használjuk, és ennyi idő alatt annyira tökéletesítettük őket, hogy ma már autókban is alkalmazhatók. Ennek ellenére még mindig használunk régi ólomakkumulátorokat, mert olcsók és megbízhatóak. A nikkelalapú celláktól fokozatosan elfordulunk, és a lítiumot fő összetevőként használó megoldásokra összpontosítunk. Ezek az akkumulátorok stabilitást és nagy energiasűrűséget kínálnak, és remélhetőleg a jövőben alacsonyabb áron is elérhetők lesznek.