Olykor unottan megállapítjuk, hogy megint lemerült számítógépünk vagy telefonunk energiaforrása. Természetesen Murphy időtlen törvényeinek engedelmeskedve ez az esemény akkor következik be, amikor a legnagyobb szükségünk lenne elektronikus segítőnkre. Ugyan könnyen megmagyarázhatjuk e jelenséget azzal, hogy mikor dolgunk támad, sokat kell telefonálni, azaz hamar lemerül a készülék, de ettől cseppet sem javul a hangulatunk.

Tény, hogy a félelmetes sebességgel fejlődő elektronika mögött igencsak lemaradtak az akkumulátorok. A mai, többszázszor nagyobb számítási teljesítményű noteszgépeket majdnem ugyanakkora ormótlan telepek táplálják, mint 10 évvel ezelőtti társaikat. Az elmúlt években kialakult óriási igény - és az ennek köszönhetően befektetett jelentős összegek - következménye néhány számottevő fejlesztési eredmény lett, például a lítium-ion akkumulátorok kifejlesztése.

Szinte magától értetődő, mi a cél az akkumulátorok fejlesztésénél: minél nagyobb kapacitás mellett minél kisebb méret és tömeg - vagy tudományosabban: minél nagyobb energiasűrűség. Hiszen ha a méret nem számítana, kár lenne fejlesztéssel vesződni, legfeljebb magunkkal cipelnénk pár kilónyit a klasszikus ólomakkumulátorokból.

Az imént említett ólomakkumulátorokkal már bizonyára mindenki találkozott. Sőt valószínű, hogy a továbbiakban felsorolt technológiák egy-egy képviselőjét is tartotta már a kezében, hiszen alig van hordozható eszköz akkumulátor nélkül. De arra csak nagyon kevesen figyelnek, pontosan milyen is az adott akkumulátor, pedig nagy különbségek vannak az egyes megoldások között. E különbségek egy része a felhasználót is érinti. Érdemes tehát egy kicsit elidőzni az eltéréseknél.

Mire kell figyelni?

Nem könnyű sorrendet kialakítani az egyes akkumulátortechnológiák között. Mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai, így minden alkalmazáshoz egyedileg kell akkumulátort választani. Vegyük sorra, mire érdemes figyelni!

Sohasem árt, ha nagy az akkumulátor kapacitása. Fontos, hogy ne legyen nagyobb méretű, mint amit még kényelmesen magunkkal tudunk hordozni. Nem szabad azt sem figyelmen kívül hagyni, mekkora az élettartama - ezt a jellemzőt az újratöltések számával szokás megadni. Ezt persze nem úgy kell érteni, hogy az 1000. töltésnél még tökéletes lesz az akku, az 1001. után pedig eldobhatjuk - pusztán annyit jelent, hogy a folyamatosan csökkenő kapacitás megfelelő karbantartás mellett ennyi idő múlva éri el a kritikus (általában 80%-os) szintet.

Ha az elhasznált akkumulátort ki kell dobni, az a bosszúság és a költség mellett környezetvédelmi szempontból is szomorú esemény, mivel a legtöbb akkumulátor tartalmaz bizonyos mennyiségű mérgező vagy gyúlékony anyagot. Ezért sose dobjuk a szemetesbe az akkukat, gondoskodjunk megfelelő újrafelhasználásukról, vagy legalább szakszerű elhelyezésükről!

Nikkel-kadmium (NiCd)

A hatvanas években jelentek meg az első nikkel-kadmium (NiCd) akkumulátorok. Akkoriban ezek kínálták az egyetlen alternatívát a sav-ólom akkuk mellett. Nevét - az összes többi technológiához hasonlóan - az alkalmazott anód és katód anyagáról kapta.

Korai érkezésének és jó tulajdonságainak köszönhetően az utóbbi évekig szinte minden hordozható számítógépbe, rádiótelefonba és kamerába ezeket az áramforrásokat építették. A NiCd számára nagy csapást jelentett a "zöld" korszak eljövetele, mivel a kadmium erősen mérgező, így egyre több gyártó választ más, kevésbé veszélyes akkumulátortípust.

Egyetlen versenytársa sem tölthető újra ennyiszer, és nem képes ekkora csúcsteljesítmény leadására. Emellett könnyen és gyorsan tölthető, jól szállítható - és olcsó.

Hátrányai közül említésre méltó, hogy a többi megoldáshoz képest kicsi az energiasűrűsége, és hajlamos a köznyelvben memória effektusként emlegetett kristályképződésre. A tudományos életben is emlegetnek az akkumulátorokkal kapcsolatban egy memória effektusnak nevezett jelenséget, ami arra vonatkozik, hogy ha egy NiCd akkumulátort rendszeresen pontosan ugyanannyira töltünk fel és merítünk ki, egy idő múlva kisebb lesz a kapacitása. Ez azonban csak különleges körülmények között fordulhat elő, és egyetlen túltöltéssel megszüntethető.

A mindennapi életben sokkal nagyobb probléma a kristályképződés, pontosabban az, hogy az akkumulátor aktív részecskéi, ha sokáig nem mozgatják meg őket, hajlamosak nagyobb kristályokba összeállni, ami csökkenti az akku kapacitását. Szélsőséges esetben tönkre is teheti a cellát, mivel a kristály sarka kiszúrhatja az elválasztó membrán falát. Ez elsősorban a mélyebb rétegekben fordul elő, ugyanis az itt elhelyezkedő részecskéket ritkán mozgatjuk meg, ritkán merítjük le ennyire az akkumulátort.

A kristályok kialakulása ellen az a leghatékonyabb védekezés, ha havonta egyszer teljesen lemerítjük az akkumulátort. Figyelem! A teljesen itt azt jelenti, hogy addig, amíg a telefon vagy noteszgép ki nem kapcsol. Ha rövidre próbáljuk zárni az akkumulátort, az azonnal tönkremegy, sőt esetleg felrobban!

Ennél gyakrabban nem kell, sőt egyenesen ellenjavallott a teljes kimerítés, ugyanis ez is csökkenti az akku élettartamát. Ha havonta egyszer elvégezzük ezt a tréninget, a hónap többi részében egyáltalán nem kell foglalkozni az akkumulátorral.

Ha sokáig nem merítjük le az akkumulátorokat, akkora kristályok alakulhatnak ki, amelyeket már csak nagyon gondosan ellenőrzött lemerítés-feltöltés ciklusokkal lehet felaprítani. Ez a művelet csak szakműhelyben végezhető el, de szerencsés esetben tökéletesen visszafordítható a folyamat.

Hasonló eredményre vezet, ha nagyon sokáig (hetekig, hónapokig) folyamatosan töltjük az akkumulátort, ugyanis ilyenkor pártized volttal csökken a feszültsége, és a készülék azt hiszi róla, hogy kimerült. Ez az állapot is visszafordítható szaksegítséggel.

Nikkel metál-hidrid (NiMH)

Az elmúlt néhány évben a legtöbb kis méretű áramforrást igénylő területen a nikkel metál-hidrid (NiMH) technológia vette át a NiCd akkumulátorok helyét. Ezekben az akkukban a pozitív oldalon a NiCd akkukhoz hasonlóan nikkelt találunk, a negatív oldalon viszont egy speciális hidrogén-megkötő fémötvözet veszi át a kadmium helyét. Töltéskor ez a fémötvözet megköti a savas elektrolit hidrogénjét, kisütéskor pedig leadja azt.

A nyolcvanas években kifejlesztett NiMH akkuk azonos méret mellett 10-40%-kal nagyobb kapacitásra képesek NiCd társaiknál, és sokkal kevésbé hajlamosak a kristályképződésre (elég 3 havonta tréningeztetni őket). Cserébe, mint az cikkünk táblázatában is látható, lassabban tölthetők, sokkal rövidebb az élettartamuk, és kisebb a kinyerhető csúcsteljesítményük. A felhasználó szemszögéből sokkal kevésbé feltűnő, de említésre méltó probléma az is, hogy a NiMH akku töltése sokkal bonyolultabb, mint a NiCd-é. A megfelelő töltésszint eléréséhez az akkumulátor hőmérsékletét is figyelembe vevő, bonyolult töltési algoritmus szükséges, ami megdrágítja a töltőáramköröket.

A folyamatos fejlesztésnek köszönhetően a nagy kapacitású NiCd akkuk szinte minden fronton utolérték ezt a technológiát. Az egyetlen, amivel nem tudnak mit kezdeni a kutatók, a mérgező kadmium. Mivel a NiMH akkuk sokkal kevesebb mérgező fémet tartalmaznak, még a kissé magasabb ár ellenére is a legtöbb gyártó ezeket választja.

Lítium-ion (Li-Ion)

A legfiatalabb generációba tartozik a lítium-ion (Li-ion) technológia. Nevét onnan kapta, hogy a töltés tárolásáról lítium-ionok gondoskodnak, amelyek töltéskor a negatív, szén alapú elektródához, kisütéskor pedig a pozitív fémoxid elektródához vándorolnak. Az anódot és a katódot szerves elektrolit választja el egymástól.

Először a nyolcvanas években sikerült ilyen akkumulátorokat előállítani. Ezek még fémes lítiumot tartalmaztak, ami kisebb üzemzavar hatására is hajlamos volt villámsebesen felforrósodni, és ez az akku felrobbanásához vagy elolvadásához vezetett. A ma kapható variáció a lítium-ionok forrásaként különféle vegyületeket használ, melyekben megfelelően biztonságosan kötött a lítium.

A veszélyek ellenére is nagyon sok gyártó belefogott a Li-ion akkuk fejlesztésébe, mivel ennek a típusnak a legnagyobb a kapacitása - a NiCd akkukénak kétszerese - és cellafeszültsége. Mivel még a kimerült cella is képes legalább 3 V-ot szolgáltatni az 1-1,25 V-os NiCd, illetve NiMH akkukkal szemben (teljesen feltöltött állapotban mintegy 4 V a cellafeszültség), egyetlen cellával táplálható a legtöbb modern rádiótelefon, és a hasonló feszültségen működő számítógépekre is csak néhány évet kell várni. Az egyetlen cellából épített akkumulátor esetén nem kell számolni a rosszul párosított vagy gyári hibás cellákból eredő, valamint az egyenetlen elöregedés okozta problémákkal.

Az előnyök között szerepel még a meglepően kis súly és az, hogy egyáltalán nem képződnek kristályok az akkumulátorban, így nem kell gondot fordítani a rendszeres tréningeztetésre. Sőt, a Li-ion akkumulátorok nem is szeretik igazán, ha teljesen kisütik őket. A NiMH technológiához hasonlóan ezek az akkuk is nagyon kevés mérgező anyagot tartalmaznak.

Sajnos a Li-ion akkumulátor sem tökéletes. Még a NiMH akkuknál is gondosabb és hosszasabb töltést igényel, ráadásul jelenleg még meglehetősen drága.

Lítium-polimer

Még fejlesztés alatt áll a Li-ion utódja, a lítium-polimer (Li-polymer) akkumulátor. Hatalmas előnye, hogy nem vagy csak nagyon kis mennyiségben tartalmaz folyékony elektrolitot, helyette speciális polimer választja el az anódot és a katódot. Ez nagyon vékony és nagyon rugalmas cellákat eredményezhet, mivel nem kell vastag falú burkolattal védekezni a folyadék kifolyása ellen. Az is elképzelhető, hogy egy szabadon hajtogatható lapocska lesz a jövő akkumulátora, amit ízlés szerint betömködhetünk a rendelkezésre álló nyílásba. Cserébe várhatóan még rövidebb élettartammal és még hosszasabb töltési időkkel kell számolnunk.

Cink-levegő

Szintén fejlesztés alatt áll a cink-levegő akkumulátortechnológia. Érdekessége, hogy a többi akkutípussal szemben nem zárt: működéséhez folyamatos levegő-utánpótlásra van szükség, mert kisüléskor oxigént köt meg, töltéskor pedig oxigént bocsát ki. A hatékony működéshez minél nagyobb cellafelületre van szükség, így inkább könnyűek lesznek ezek az egységek, mintsem aprók. A Li-polymerhez hasonlóan ezt a megoldást is hosszú töltési idő és rövid élettartam jellemzi.

Üzemanyag cella

Ma még csak álom, de néhány éven belül valósággá válhat a nagy teljesítményű, miniatűr üzemanyagcella. Az üzemanyagcellák az elemekhez hasonlóan vegyi reakciókkal közvetlenül elektromosságot állítanak elő, a különbség az, hogy míg az elemeket kifogytuk után el kell dobni, az üzemanyagcella mindaddig üzemel, amíg üzemanyagot töltünk bele. Ez az üzemanyag legtöbbször hidrogén, de vannak metánnal és metanollal működő változatok is. A hidrogénből a reakció során víz lesz, a szénvegyületekből emellett széndioxid is képződik. Bizonyára sokan találkoztak az iskolában a közismert vízbontási kísérlettel, melynek során elektromosság hatására hidrogén és oxigén keletkezett a vízből. Az üzemanyagcella ennek a fordítottját végzi, megfelelő katalizátorok segítségével.

Az üzemanyagcella önmagában nem újdonság, például az űrsiklón is üzemanyagcellák szolgáltatják az elektromosság egy részét. Ezek a készülékek azonban hatalmasak, és a kW-MW teljesítménytartományban üzemelnek. Ígéretes kutatások folynak azonban a miniatürizálás irányában, így a közeljövőben akár mobiltelefonra illeszkedő változat is készülhet.

Az üzemanyagcellának számos előnye van az akkumulátorokkal szemben. Talán a legfontosabb, hogy pillanatok alatt utántölthető, és hogy várhatóan lehetséges lesz a jelenlegi akkumulátoroknál sokkal nagyobb kapacitásút előállítani belőle. Ráadásul gyakorlatilag korlátlan a cella élettartama, ami környezetvédelmi szempontból fontos.

Forrás: Chip magazin
 
 

[ Honlaphoz ]