Akud (0)

Akud
Keemia referaat
Rakvere Ametikool,AT09
Aivo Aron
Elektriakumulaator ehk elektriaku ehk aku on korduvalt laetav ja kasutatav keemiline alalisvoolu seade elektrienergia salvestamiseks ja taaskasutamiseks.
Akudesse laetaksse (salvestatakse) elektrienergiat juhtides akust läbi alalisvoolu, mille suund on vastupidine tühjendusvoolu omale. Laadimise protsessi käigus muundub akusid läbiv alalisvool keemiliseks energiaks salvestudes aku plaatidele.
Akude tähtsamad tunnussuurused on: pinge,mahutavus ehk nimilaeng ja kasutegur. Vähemtähtsad ei ole akude puhul ka väljaantavate parameetrite stabiilsus, isetühjenemise kiirus ja tööiga ehk laadimistsüklite arv.
Eristatakse kolme liiki akumulaatoreid: pliiakud ehk happeakud , leelisakud ja Li- ioonakud .
Happeakud
Happe- ehk pliiakud koosnevad klaasist,eboniidist või plastist anumast milles kasutatakse elektrolüüdina väävelhappe kindlaksmääratud tihedusega vesilahust. Anumasse on paigutatud pliioksiidist valmistatud positiivne elektrood ehk anood ja pliist negatiivne elektrood ehk katood .
Täislaetud Pliiaku pinge on 2,1 volti ja kasutegur kuni 80 %.
Pliiaku leiutas 1859 . aastal füüsik Gaston Plante. Tänapäeval on pliiakud laialt kasutusel mitmes valdkonnas. Nende valik on suur ning tootmistehnoloogia hästi välja töötatud, nad on teistest akudest odavamad, ohutumad ja töökindlamad. Pliiakude miinuseks on nende suur kaal ja mõõtmed, ka on nende töökindlus madalatel temperatuuridel halb.

Leelisakud

Leelisaku leiutas 1901. aastal rootsi insener Ernst Waldemar Junger. Aku anum valistatakse terasplekist ja elektrolüüdina kasutatakse kaaljum või naatriumhüdrooksüüdi vesilahust. Anoodi plaadi materjaliks kasutatkse nikkelhüdrooksiidi (NiOOH) ja katoodi plaadil kaadmiumi (Cd). Tänapäeval tuntakse neid nikkel - kaadmium ( NiCd ) akude nime all. 1903. aastal Thomas Alva Edision asendas kaadiumist elektroodi rauaga ja patenteeris raudnikkelaku (FeNi). Raudnikkel akud on laiatarbest kadunud nende madalate energeetiliste näitajate tõttu. Ka NiCd akude turustamine Euroopa liidus on peatatud (2008.a.) seoses kaadmiumi keskkonnaohtlike omaduste tõttu - raskmetall. Selliseid akusid võib veel kohata akutööriistades ja mudelautodes.
Nende akude asemel on kasutusel nikkel metallhüdriidakud (NiMH), kus elektroodidena kasutatakse juba tuntud nikkelhüdroksiidi (+) ja niklit (-). Selliseid akusid iseloomustab kordades kõrgem erimahtuvus ja väiksem sisetakistus . Näiteks AA-tüüpi akudes on: Fe-Ni süsteemi mahtuvus ~ 400mAh, Ni-Cd süsteemi mahtuvus ~ 800mAh, Ni-MH süsteemi mahtuvus ~ 2700mAh,
Leelisaku keskmine pinge on 1,25 volti uuematel (NiMH) akudel kuni 1,4 volti ja kasutegur kuni 67 %.
Leelisakud said laiema kautuse alles 20. sajandi keskel materjalide maksumuse tõttu. Nikkelkaadmiumaku (NiCad) omandas kasutamisküpsuse alles 1948. aastal. Keemia arenedes töö jätkus ja praegu leidub palju erinevate elektrokeemiliste süsteemidega vooluallikaid. Hõbetsinkaku (AgZn) leiutati 1941.aastal, hõbekaadmium (AgCd) 1957. aastal.
Pliiakudega võrreldes on leelisakud mõõtmetelt väiksemad, kohati vastupidavamad. Teatud leelisakusid (AgZn) saab kasutada palju külmemas kliimas kui pliiakusid ning säilitada kauem, ilma et nende omadused halveneksid. Leelisakude miinuseks on tunduvalt kõrgem hind, üksikelemendi madalam pinge ning keskkonnaohtlikus.

Tänapäeval otsitakse ka NiMH akudele võimalikku asendajat nikli kõrge hinna ja keskkonnakahju tõttu. Mobiiltelefonides näiteks on NiMH akud asendatud enamasti Li- ioon akudega. Siiski leiavad leelisakud olulise koha mitmetes kasutusvaldkondades, näteks elektritööriistad, mänguasjad, teatud fotoaparaadid ja isegi hübriidajamiga sõiduautod ( Toyota Hybriid mudelid ja Honda Insight, Civic- Hybrid ).

Geeliakud

Omaette gruppi moodustavad geeliakud, milles vedelat elektrolüüti (happe, leelis ) asendab geelitaoline aine. Neis akudes veekadu peaaegu ei ole. See vähendab käituskulusid ja suurendab ohutust. Sellised akud on pikaealised ning nende temparatuuritaluvus on teiste omast suurem. Kõrge hinna tõttu kasutatakse neid käivitusakudena veel vähe.

Pinge ja voolu tõstmine

Kõrgema pinge saamiseks ühendatakse akud akupatareideks. Akusid võib ühendada kas järjestiku ehk jadamisi pinge tõstmiseks, paralleelselt ehk rööbiti elektrivoolu tõstmiseks või kombineeritult, kui on tarvis tõsta nii pinget kui elektrivoolu.