električni akumulator

ilustracija
AKUMULATOR, ELEKTRIČNI, članak olovnog akumulatora u prozirnoj posudi ispunjenoj elektrolitom: 1. čep, 2. polni izvodi, 3. poklopac, 4. elektrode, 5. posuda, 6. razdvojnik elektroda

električni akumulator (lat. accumulare: nakupljati, nagomilati), električni članak u kojem se električna energija pretvara u kemijsku (punjenje akumulatora), i prema potrebi, može nanovo pretvoriti u električnu (pražnjenje). Pri punjenju se akumulator priključuje na prikladan izvor (istosmjernog) električnog napona. Električna struja koja tada teče uzrokuje u akumulatoru kemijsku reakciju, ovisno o vrsti akumulatora. Tako napunjen akumulator postaje izvorom električne energije ako se na njegove elektrode priključi neko trošilo. Mogućnost dvosmjerne pretvorbe jedne energije u drugu (reverzibilnost) bitna je značajka akumulatora.

Prilikom primjene najvažnija su svojstva akumulatora: nazivni električni napon (V), uporabni električni napon (V), nazivni kapacitet koji je umnožak električne struje i vremena pražnjenja (Ah), djelotvornost te specifični kapacitet (Ah/kg) ili specifična energija (Wh/kg).

Povijesni razvoj

Zamisao električnog akumulatora potječe od Johanna Wilhelma Rittera (1803), samo tri godine nakon izuma galvanskog članka Alessandra Volte.

Olovni akumulator izumio je i razvio francuski fizičar Gaston Planté (1859). U tehnički nešto dotjeranijem obliku taj se akumulator upotrebljava i danas. Nikleno-kadmijev, srebro kadmijev i nikleno-željezni alkalijski akumulator izumio je švedski izumitelj Waldemar Jungner (1899). Nikleno-željezni akumulator unaprijedio je i proizvodio Thomas Alva Edison, prvo kao izvor za napajanje fonografa (1901), potom kao izvor električne energije za podmornice (1909) i automobile (1912).

Razvoj akumulatora usmjeren je prema povećanju specifičnoga kapaciteta, broja mogućih punjenja i pražnjenja te najveće dopuštene struje pražnjenja. Dodatni ekonomski uvjeti jesu povećanje trajnosti akumulatora, pojednostavnjenje rukovanja i održavanja uz tržišno prihvatljivu cijenu. U tom su smislu razvijeni akumulatori s čvrstim elektrolitom (solna talina u litijevo-kloridnom akumulatoru) te s organskim tekućinama i polimerima (litijev akumulator). Iz skupine alkalnih akumulatora posebno je uspješno razvijen nikleno-vodikov akumulator, koji se upotrebljava u svemirskim letjelicama.

Najveći je proizvođač akumulatora u Hrvatskoj tvornica »Munja« iz Zagreba, osnovana još 1920. god.

Vrste akumulatora

Olovni akumulator sastoji se od dviju olovnih ploča (anoda i katoda), uronjenih u vodom razrijeđenu sumpornu kiselinu (elektrolit). Često se umjesto dviju ploča, radi većega kapaciteta, upotrebljavaju dva sloga ploča. Stajanjem u sumpornoj kiselini olovne se ploče prevlače na površini slojem olovnog sulfata (PbSO4). Pri punjenju akumulatora olovni sulfat na pozitivnoj ploči (anodi) prelazi u olovni dioksid (PbO2), a na negativnoj se ploči (katodi) reducira u metalno olovo. Punjenje akumulatora traje sve dok se na elektrodama ne potroši sav olovni sulfat. Ako se tada ne prekine dovođenje električne struje, započinje elektroliza vode (oslobađaju se plinovi vodik i kisik). Ako se na akumulator priključi trošilo, kemijska se reakcija zbiva u obratnom smjeru, a u akumulatoru struja teče u smjeru suprotnom od smjera tijekom punjenja. Ukupna se reakcija može opisati reverzibilnom jednadžbom

PbO2 + 2 H2SO4 + Pb ⇆ 2 PbSO4 + 2 H2O.

Kada se isprazni, akumulator se može ponovno napuniti. Djelotvornost olovnog akumulatora je 0,7 do 0,85.

Nazivni napon jednog galvanskog članka je 2 V. Napon potreban vozilima je najčešće 12 V, ponekad 24 V, pa se u akumulator ugrađuje šest ili dvanaest serijski povezanih galvanskih članaka kojima se naponi zbrajaju.

Alkalijski akumulator ima kao elektrolit vodenu otopinu kalijeva hidroksida (KOH), a prema materijalu elektroda razlikuje se nekoliko njegovih vrsta. U nikleno-kadmijevu i nikleno-željeznom akumulatoru aktivna masa katode je nikleni oksid hidrat (NiOOH), a aktivna masa anode kadmij, odn. željezo. Kemijski se proces prikazuje jednadžbom

2 NiO(OH) + 2 H2O + Cd ⇆ 2 Ni(OH)2 + Cd(OH)2,

a analogno i za nikleno-željezni akumulator. Nazivni napon jednog članka je 1,2 V.

U srebreno-cinkovu i srebreno-kadmijevu akumulatoru aktivna masa katode sastoji se od srebrenih oksida (Ag2O i Ag2O2), a aktivna masa anode je cink, odn. kadmij. Kemijski proces prikazuje jednadžba

Ag2O2 + 2 H2O + 2 Zn ⇆ 2 Ag + 2 Zn(OH)2,

a analogno i za srebreno-kadmijev akumulator. Nazivni napon jednog članka je 1,5 V.

Alkalijski je akumulator uz jednaki kapacitet lakši od olovnoga, čvršći je, može izdržati veća preopterećenja i nagla pražnjenja, dulje traje. Nedostatak mu je što je obično skuplji, ima manju djelotvornost, a tijekom vremena slabi mu kapacitet. Djelotvornost alkalijskog akumulatora je oko 0,6.

Visokotemperaturni akumulator radi pri temperaturi 300 do 500 °C (npr. natrijevo-sumporni akumulator). Još nije dovoljno razvijen za široku primjenu.

Primjena

Bez obzira na vrstu, akumulatori imaju razmjerno malen specifični kapacitet, olovni 10 do 40 Ah/kg, a litij-ionske baterije oko 200 Ah/kg. Unatoč tomu glavnom nedostatku široko se primjenjuju jer su zasad praktički jedini dovoljno jeftini i jednostavno prenosivi spremnici električne energije. Upotrebljavaju se za pokretanje motora s unutarnjim izgaranjem i za napajanje najrazličitijih električnih uređaja, pa sve do svemirskih letjelica. Ponegdje služe i kao pričuva za slučaj kratkotrajnih ispada električne mreže. Primjenjuju se i za pogon manjih cestovnih i tračnih vozila, ali im je zbog nedovoljna kapaciteta, kratka vijeka trajanja i velike mase primjena u te svrhe ograničena.

električni akumulator. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 14.12.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=1254>.