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 napon (V), uporabni napon (V), nazivni kapacitet koji je umnožak struje i vremena pražnjenja (Ah), korisnost te specifični kapacitet (Ah/kg) ili specifična energija (Wh/kg).

Zamisao električnog akumulatora potječe od J. W. Rittera (1803), samo tri godine nakon izuma galvanskog članka A. Volte.

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. Korisnost je olovnog akumulatora 0,7 do 0,8.

Olovni akumulator izumio je i razvio francuski fizičar G. Planté 1859. U tehnički nešto dotjeranijem obliku taj se akumulator i danas najviše upotrebljava. Nazivni je napon jednog članka 2 V. Napon potreban vozilima je najčešće 12 V, pa se u akumulator ugrađuje šest serijski povezanih 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 je masa katode nikleni oksid hidrat (NiOOH), a aktivna masa anode kadmij, odn. željezo. Kemijski se proces prikazuje jednadžbom

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

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

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

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

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

Nikleno-kadmijev akumulator izumio je švedski izumitelj Waldemar Jungner, nikleno-željezni T. A. Edison, oba potkraj XIX. st., a srebreno-cinkov H. André polovicom XX. stoljeća.

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 korisnost, a tijekom vremena slabi mu kapacitet. Korisnost je alkalijskog akumulatora oko 0,6.

Posebna su skupina još nedovoljno razvijeni visokotemperaturni akumulatori, koji rade pri temperaturama 300 do 500 °C (natrijevo-sumporni akumulator).

Bez obzira na tip, akumulatori imaju razmjerno malen specifični kapacitet, olovni 10 do 30 Ah/kg, a alkalni 15 do 25 Ah/kg (srebreno-cinkov najviše do 80 Ah/kg). Unatoč tomu glavnom nedostatku mnogo se primjenjuju jer su zasad praktički jedini dovoljno jeftini i jednostavno prenosivi spremnici električne energije. Upotrebljavaju se za pokretanje motora s unutarnjim izgaranjem (u prvom redu olovni akumulator, obično po šest ćelija složenih u baterije, nazivnog napona 12 V, kapaciteta 10 do 100 Ah) i za napajanje električnih uređaja, ako nema drugoga raspoloživog izvora struje, 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.

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.

električni akumulator. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 18.2.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=1254>.