Transcript 35 (13-01-14) Akumulator (zakl_parametry)

Sekundární článek
Akumulátor
Akumulátor je technické zařízení na opakované uchovávání energie, obvykle
elektrické.
Akumulátor je sekundární článek, který je potřeba nejdříve nabít a
teprve potom je možné jej použít jako zdroj energie.
Na rozdíl od sekundárních článků (akumulátorů) primární články
dodávají energii ihned po svém sestavení a zpravidla je není možné dobíjet,
například zinkouhlíkové baterie.
Druhy akumulátorů energie
Akumulátory energie pracují na různých principech například tepelné, chemické
či jiné akumulace energie.
Nejznámější je průmyslový princip akumulace energie do potenciální energie
vody v přečerpávacích elektrárnách, rybních či přehradách.
V případě, že elektřina slouží k výrobě tepla, dá se akumulovat i vytvořené
teplo. Na tomto principu jsou založena akumulační kamna nebo bojler.
Základní druhy akumulátorů elektrické energie:
Elektrochemický akumulátor
Tepelný akumulátor
Mechanický akumulátor
Elektrochemický akumulátor
Nejběžnější typy akumulátorů jsou založeny na elektrochemickém
principu.
Elektrochemické akumulátory využívají přeměnu elektrické energie na
energii chemickou, kterou je možno v případě potřeby transformovat zpět na
elektrickou energii.
Princip akumulátoru
Procházející proud v elektrochemickém akumulátoru vyvolá vratné
chemické změny, které se projeví rozdílným elektrochemickým potenciálem na
elektrodách.
Z elektrod se pak dá čerpat elektrická energie zpět.
Protože jsou napětí na článcích elektrochemických akumulátorů
relativně malá (okolo 1,2 – 3,7 V), jsou tyto články také sdružovány do
akumulátorových baterií pro dosažení vyššího napětí.
AKUMULÁTOR
Galvanický článek, který lze elektrolýzou opakovaně nabíjet.
Využívá se v automobilech a všude tam, kde by mohl výpadek elektřiny
ze sítě ohrozit provoz - v osvětlovacích zařízeních, nemocnicích,
zabezpečovacích zařízeních, v telekomunikaci, v jaderných elektrárnách...
Zátka
Pól
Hladina
elektrolytu
Spojovací
můstek
Přepážka
Pb deska
Zesílené dno
Přepážka
PbO2 deska
Porézní
izolační
hmota
Akumulátor - řez
spojovací
můstek
přepážka
Pb deska
PbO2 deska
porézní
izolační hmota
zesílené dno
Princip akumulátoru
Na obou elektrodách
probíhají redoxní
reakce.
Pb
+
Pb0 H2SO4
↓
↓
PbII PbSO4
+
OX.
H2
- 2e-
-
+
Pb
+
PbO2
Pb
H2SO4
Poskytuje stejnosměrný
proud o velikosti 6,12, 24
V.
PbO2
+
H2SO4 PbIV
↓
↓
PbSO4 PbII
+
RED.
H2
+ 2e-
Elektrody se při reakci s kyselinou pokrývají vrstvou PbSO4.
Ta brání průchodu elektronů = akumulátor je vybitý.
Redoxní reakce jsou chemické reakce, při kterých se mění oxidační čísla atomů. Každá redoxní reakce je tvořena dvěma poloreakcemi, které
probíhají současně. Tyto dvě poloreakce jsou oxidace a redukce. Při oxidaci se oxidační číslo atomu zvyšuje, atom tedy ztrácí elektrony, při
redukci se oxidační číslo snižuje, atom tedy elektrony přijímá.
Nabíjení akumulátoru
Principem je obrácení směru reakcí. Akumulátor připojíme
ke zdroji stejnosměrného proudu stejné velikosti, ale opačného
směru. To způsobí obrácení směru reakcí – rozpuštění PbSO4.
Akumulátor je opět ve stavu, v jakém byl před vybíjením.
Rozdělení elektrických akumulátorů
Podle typu elektrolytu
• s kyselým elektrolytem
• se zásaditým elektrolytem
• s bezvodým elektrolytem
Podle provedení
• otevřené
• uzavřené (též hermetické nebo řidčeji plynotěsné)
Podle principu
• Olověný (Pb)
• Nikl-kadmiový (NiCd)
• Nikl-metal hydridový (NiMH)
• Nikl-železný (Ni-Fe)
• Nikl-zinkový (Ni-Zn)
• Stříbro-zinkový (Ag-Zn)
• Lithium-iontový (Li-ion)
• Lithium-polymerový (Li-Pol)
• Lithium-železo fosfátový akumulátor LiFePO4 (Li-FePO4)
• Sodíkovo-sírový (Na-S)
• Alkalický (RAM)
Rozdělení elektrických akumulátorů
Podle použití
• průmyslové akumulátory
• standardní aplikace
• vojenské aplikace
• pro vysoké odběrové proudy
• rychlonabíjecí
• pro trvalé dobíjení
• pro vysoké teploty
• s MBU (Memory Back-up)
Podle tvaru
• válcové (tužkové)
• diskové (knoflíkové)
• podle průměru (např. Ø 6,8 mm, Ø 11,5 mm, Ø 15,5 mm, Ø 25 mm, …)
• oválné
• hranolovité (+ jejich sestavy)
Životnost
Životnost většiny elektrochemických akumulátorů se pohybuje řádově
ve stovkách nabíjecích/vybíjecích cyklů; např. NiMH akumulátory 500–1000
cyklů.
Po tuto dobu postupně klesá kapacita akumulátoru (tj. celkový náboj,
který je při plném nabití schopen pojmout - odlišné od veličiny elektrická
kapacita!) kvůli chemické korozi jeho elektrod.
Životnost je značně ovlivněna způsobem vybíjení a nabíjení a také
provozní teplotou.
Využití
Akumulátory se využívají v mnoha složitějších strojích jako pomocný
zdroj energie.
Olověné akumulátory jsou součástí prakticky každého automobilu jako
zdroj pro startér.
Akumulátory pohání klasické ponorky, jsou prováděny i pokusy s
pohonem mnoha dalších dopravních prostředků.
Elektromobily zatím obyčejné automobily nenahradily, ale jako
golfové vozíky nebo akumulátorové vozíky na nádražích a ve skladových
areálech se užívají již desítky let.
Důležité je i využití ve spotřební elektronice. Je jimi vybaven
například notebook nebo mobilní telefon.
Akumulátor je součástí nepřerušitelného zdroje energie - UPS.
Akumulátory jsou také součástí nouzových svítidel. Nouzová svítidla
zajišťují osvětlení při výpadku dodávek elektrické energie. U tramvají zajišťují
akumulátory takzvaný nouzový pojezd - při průjezdu mycí linkou není normální
napájení z troleje možné.
Otázky ke zkoušení
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Definuj co je to akumulátor.
Vysvětli jaký je rozdíl mezi primárními a sekundárními články.
Vyjmenuj jaké jsou základní druhy akumulátorů.
Jaké je rozdělení elektrických akumulátorů podle typu elektrolytu.
Jaké je rozdělení elektrických akumulátorů podle provedení.
Jaké je rozdělení elektrických akumulátorů podle principu (napiš alespoň 3
možnosti).
7) Jaké je rozdělení elektrických akumulátorů podle použití (napiš alespoň 3
možnosti).
8) Jaké je rozdělení elektrických akumulátorů podle tvaru.
9) Vysvětli co je to životnost akumulátoru.
10)Jaké je využití akumulátorů ?