Sötét kezdetek: Hogyan változtatták meg a modern akkumulátorok a világot? | Mobil forradalom

Hogyan változtatták meg a modern akkumulátorok a világot: Sötét kezdetek: Sötét kezdetek – TARTALOM

1. Talán régebbi, mint gondolnánk
2. Nem minden akkumulátortípus használható a fogyasztói elektronikában
3. Meglepő módon az eldobható elemek is helyet kaptak a számítógépekben

Talán régebbi, mint gondolnánk

Kevés technológia alakította át annyira a hordozható számítógépek világát, mint a modern akkumulátorok. A könnyű, olcsó és nagy kapacitású, biztonságosan gyorsan tölthető akkumulátorok nemcsak a számítógépek, hanem lényegében az egész modern társadalom szent grálját jelentik, mert nélkülük nem működne sem az elektromobilitás, sem az otthoni energiatárolás. A napelemek modern akkumulátorok nélkül egyáltalán nem adnának értelmet, mert az az időszak, amikor elegendő fény áll rendelkezésre, általában eltér attól, amikor világítani szeretnél vagy megfőznél egy teát.

Maga az akkumulátor meglepően régi technológia. A legrégebbinek az úgynevezett bagdadi akkumulátorokat tartják, amelyeket Irak területén találtak, és nagyjából i. e. 200 körülről származnak. Sokáig vita folyt arról, hogy az agyagedények fém elektródákkal vajon akkumulátorok-e, vagy sem – és ha azok, akkor mire szolgáltak. Ma úgy tartják, hogy valószínűleg tényleg akkumulátorokról volt szó, egyszer használatos elektrolitként citromlevet alkalmaztak, és talán galvanizálásra, vagyis tárgyak elektromos fémbevonására használták őket. Ha ez az elmélet igaz, akkor ez a technológia mintegy 2 000 évvel idősebb, mint a galvanikus aranyozás felfedezése Alessandro Volta egyik tanítványa által 1805-ben!

Alessandro Volta volt az első, aki 1793-ban szervetlen anyagokból galvanikus elemet hozott létre, amely nagyjából 1 V feszültséget adott – és összeállította az úgynevezett voltai oszlopot is, a cink–réz elemek egymás mögé rendezett sorozatát, amellyel a feszültséget növelni lehetett. Ez volt az első akkumulátor, mert az akkumulátor szó több együttműködő elemet jelöl, amelyek így hatékonyabbak – ahogy például több ágyú együtt tüzérségi üteget alkot. Az egymással összekapcsolt cellák készlete ugyanígy működik, és lehetővé teszi a kimeneti feszültség növelését a kívánt értékre.

Nem minden akkumulátortípus használható a fogyasztói elektronikában

1859-ben jött a következő áttörés, amikor a francia fizikus, Gaston Planté kifejlesztette az első tölthető akkumulátort. Az első elemek eldobhatók voltak, az elektrolit a kémiai reakció során elhasználódott, Planté azonban felfedezte, hogy létezik úgynevezett reverzibilis kémiai reakció is, amikor töltéskor a reakció iránya megfordul, és így ugyanazt az akkumulátort újra és újra lehet meríteni és tölteni. Az ő akkumulátora a kénsav és az ólom reakcióján alapult – és ezt a típust tulajdonképpen a mai napig használják az autóiparban, mert bár a sav korrozív, az akkumulátor energiasűrűsége viszonylag alacsony (nagyjából 90 watt literenként), az erre az elvre épülő akkumulátorok olcsók, megbízhatók, és alacsony, illetve magas hőmérsékleten is bírják a használatot.

Ezt a fajta akkumulátort valóban használták az 1980-as évek hordozható számítógépeiben is, de gyorsan kiderült, hogy egyrészt borzasztóan nehezek és mérgezők (az ólom miatt), másrészt potenciálisan veszélyesek is (a savas elektrolit miatt). Ilyen akkumulátort használt például a Macintosh Portable (1989), amely SLA (Sealed Lead Acid) akkumulátorokkal működött, és 5 W fogyasztás mellett egy töltéssel akár 10 órát is bírt. A gép nagy méretű volt, háttérvilágítás nélküli kijelzővel – és bonyolult tápellátási rendszerrel, amely a bootoláshoz megkövetelte az akkumulátor jelenlétét. Ma a gyűjtőknek gondot okoz ehhez a gyönyörű, Snow White dizájnú géphez alternatív akkumulátort találni, mert a számítógépes világ teljesen felhagyott az SLA akkumulátorokkal.

Meglepő módon az eldobható elemek is helyet kaptak a számítógépekben

Egy ideig kísérleteztek eldobható cinkelemekkel is: a csökkentett fogyasztású miniatűr gépek képesek voltak hat AA méretű elemmel működni, de a mechanikus komponensek (floppy-meghajtók, merevlemezek) jelenléte miatt általában nagyobb elemekre volt szükség. A mechanikus komponensek problémája az, hogy indításkor nagyobb áramfelvételt igényelnek – és a gyengülő elemek olyan állapotba kerülhettek, amikor egyszerűen nem voltak képesek leadni a szükséges áramot. Ez a jelenség ismerős lehet az öregedő mobiltelefonokból is, amikor a régebbi akkumulátor nem képes leadni a szükséges áramot, és az alulfeszültség miatt a készülék újraindul (úgynevezett brown out).

A két meghajtóval rendelkező hordozható számítógépek ezért nagyobb elemeket igényeltek, például az Amstrad PPC512 (1987) működéséhez tíz alkáli C méretű elemre volt szükség. Az üzemidő attól függött, mennyire használta a felhasználó a meghajtókat – intenzív használat mellett a számítógép csak két órát bírt, alacsony aktivitással viszont akár tízet is. Egy ilyen gépen dolgozni igazi kaland volt, mert nem tudta mérni a csökkenő feszültséget, és megbecsülni, meddig fog még működni. A kellemetlen esetben előfordulhatott, hogy megírtad a beadandódat, de nem tudtad elmenteni, mert az alacsony töltöttség már nem volt képes felpörgetni a floppy lemezt!

Az alkáli elemek utolsó jelentős hátránya, hogy az elektrolitjuk alapvetően maró hatású. Lehetséges – és ma is előfordul –, hogy egy idő után átszivárog az elem burkolatán – és köznyelven szólva „megeszi” azt az eszközt, amelyben az elem volt. Néhány elem lassan szivárog, és lényegében csak a közvetlen környezetét teszi tönkre, de került már a kezembe egy régi Macintosh LC, amelyben szó szerint felrobbant a miniatűr alkáli elem, amely a valós idejű órát táplálta. Bár kicsi celláról volt szó (egy AA elem fele), képes volt úgy tönkretenni a számítógép belsejét, mintha valaki szétlőtte volna benne az Alien-t!

Ezek az elemek egyszerűen veszélyesek voltak – és az eldobhatók ma is veszélyesek, ezért ha aggódsz az olyan eszközeidért, amelyekben ritkán cserélsz elemet, inkább a minimális önkisülésű tölthető akkukat ajánlanám, mint például a Panasonic Eneloop. Ezek az akkuk sajnos a mobil forradalom kezdetén még nem álltak rendelkezésre – velük talán ma is Eneloop akkukkal működő mobiljaink lennének!

Úgy tűnik, a sav és a fém reakciójának elve, valamint az elektromos feszültség keletkezése régebbi, mint gondolnánk. Ezek az egyszer használatos energiaforrások ugyan viszonylag egyszerűen előállíthatók, de nem biztosítanak olyan jó üzemidőt és energiasűrűséget – az ökológiáról nem is beszélve. Mi lenne, ha léteznének olyan cellák, amelyeknél a töltés ciklizálható, az eszközök hosszú működését tennék lehetővé egyetlen feltöltéssel, és közben kompaktak is lennének? Erről fog szólni a következő fejezet.