Akumulator, co to jest, jak działa i jakie są rodzaje?

Ta praca została zweryfikowana przez naszego nauczyciela: 16.01.2024 o 14:57

Rodzaj zadania: Referat

Dodane: 15.01.2024 o 16:43

Akumulator to urządzenie, które służy do przechowywania energii elektrycznej w postaci energii chemicznej. Gdy jest to konieczne, energia może być zwolniona w kontrolowany sposób i wykorzystana do zasilania różnych urządzeń. Akumulatory odgrywają kluczową rolę w codziennym życiu, umożliwiają działanie urządzeń przenośnych, jak telefony komórkowe czy laptopy, ale także zasilanie samochodów elektrycznych, a także służą jako zasilanie awaryjne w przypadku przerw w dostawie energii elektrycznej.

Akumulator składa się z jednej lub więcej par elektrod zanurzonych w elektrolicie. Elektrody to przewodzące prąd metalowe płyty, które mają różny potencjał chemiczny. Elektrolit to substancja, przez którą przepływają jony, a która jednocześnie jest izolatorem dla elektronów. Podczas ładowania akumulatora z zewnątrz przyłożone zostaje napięcie elektryczne, które powoduje, że jony przemieszczają się z jednej elektrody do drugiej, zmieniając ich stan chemiczny. Dzieje się tak dlatego, że płyty elektrod podczas ładowania akumulują jony metali, co prowadzi do ich redukcji (przyjęcie elektronów) lub utlenienia (oddanie elektronów). W momencie rozładowania proces ten zachodzi w odwrotnym kierunku, a zgromadzona energia chemiczna przekształcana jest z powrotem w energię elektryczną.

Istnieje kilka rodzajów akumulatorów, w zależności od materiałów użytych do ich budowy i przeznaczenia. Najbardziej znane to:

1. Akumulatory kwasowo-ołowiowe – najstarszy typ akumulatorów, który wykorzystuje elektrody ołowiane i elektrolit w postaci roztworu kwasu siarkowego. Są one szeroko stosowane jako akumulatory samochodowe lub w systemach zasilania awaryjnego (UPS). Charakteryzują się dość dużą masą i objętością, ale są stosunkowo tanie i wytrzymałe.

2. Akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) – w tych akumulatorach jako elektrody występują nikiel i kadm, a elektrolitem jest wodorotlenek potasu. Akumulatory NiCd są wytrzymałe i mają dobrą sprawność przy niskich temperaturach, ale są cięższe i droższe niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, a także posiadają efekt pamięci, co oznacza, że ich pojemność może z czasem obniżać się, jeśli nie są one całkowicie rozładowane przed ponownym naładowaniem. Ponadto kadm jest toksyczny i niekorzystny dla środowiska.

3. Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH) – podobne do akumulatorów NiCd, ale jako elektroda dodatnia wykorzystują one stopy metali zamiast kadmu. Są bardziej przyjazne dla środowiska i mają wyższą pojemność niż akumulatory NiCd, ale nadal mogą cierpieć na problem "efektu pamięci", choć w mniejszym stopniu niż akumulatory niklowo-kadmowe.

4. Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) i litowo-polimerowe (Li-po) – najnowocześniejsze i coraz bardziej popularne, zwłaszcza w urządzeniach przenośnych i pojazdach elektrycznych. Wykorzystują lit jako materiał aktywny. Są lekkie, mają dużą gęstość energii i nie wykazują efektu pamięci. Wymagają jednak skomplikowanego systemu zarządzania akumulatorem (BMS), aby zapewnić ich bezpieczeństwo, ponieważ są bardziej wrażliwe na uszkodzenia niż inne typy akumulatorów.

Warto również dodać, że używanie akumulatorów wymaga odpowiedniego dbania o nie. Dla zachowania długiej żywotności należy unikać głębokiego rozładowania, przegrzewania oraz odpowiednio je ładować stosując się do zaleceń producenta. Akumulatory wymagają także odpowiedniej utylizacji ze względu na zawarte w nich substancje szkodliwe dla środowiska.

Podsumowując, akumulatory to niezwykle istotna część współczesnej elektroniki i technologii, pozwalająca na magazynowanie energii i jej późniejsze wykorzystanie. Ich różnorodne rodzaje i konstrukcje sprawiają, że datuje się znaleźć odpowiedni akumulator do niemal każdego zastosowania, a ich rozwój nadal postępuje w kierunku wyższej pojemności, dłuższej żywotności i lepszego zabezpieczenia środowiska naturalnego.