Akumuliatoriuje cheminė energija cheminės reakcijos metu paverčiama elektros energija. Paprastai cheminės medžiagos laikomos akumuliatoriaus viduje. Jis naudojamas grandinėje kitiems komponentams maitinti. Akumuliatoriuje gaminama nuolatinės srovės (DC) elektra (elektra, kuri teka viena kryptimi ir nesikeičia pirmyn ir atgal).

Naudoti elektros energiją iš pastato elektros lizdo yra pigiau ir efektyviau, tačiau akumuliatorius gali tiekti elektrą tose vietovėse, kuriose nėra elektros energijos paskirstymo. Ji taip pat naudinga judantiems daiktams, pavyzdžiui, elektra varomoms transporto priemonėms ir mobiliesiems telefonams.

Baterijos gali būti pirminės arba antrinės. Pirminė baterija išmetama, kai nebegali tiekti elektros energijos. Antrinę bateriją galima įkrauti ir naudoti pakartotinai.

Veikimo principas

Akumuliatorius (baterija) sudarytas iš dviejų elektrodų — anodo ir katodo — bei tarp jų esančio elektrolito. Veikiant išoriniam grandinės apkrovai, vyksta elektros cheminė (redoks) reakcija: viename elektrode medžiaga oksiduojasi (atiduoda elektronus), kitame — redukuojasi (priima elektronus). Elektronai šį kelią nukeliauja per išorinę grandinę (tiekdami elektros srovę), o jonai juda per elektrolitą, kad užtikrintų elektrinį balansą.

Įkrovimo metu (antrinėse baterijose) ši reakcija yra apgręžiama — išorinė elektros energija verčia medžiagas atgauti pradinę cheminę būseną. Kiekvienos akumuliatoriaus cheminės poros susijusi įtampa (EMF) lemia nominalų baterijos įtampą, o serijinis arba lygiagretus elementų sujungimas leidžia pasiekti reikiamą įtampą ir talpą.

Pagrindiniai parametrai

  • Nominali įtampa: tipiška įtampa vienam elementui priklauso nuo medžiagų (pvz., 1,2 V NiMH, 1,5 V alkalinė, ~3,6–3,7 V Li-ion).
  • Talpa: matuojama ampervalandėmis (Ah) arba miliampervalandėmis (mAh) — nurodo, kiek srovės baterija gali tiekti per tam tikrą laiką.
  • Energijos tankis: matuojamas Wh/kg; svarbus mobilumo ir svorio atžvilgiu.
  • Galia ir vidinis pasipriešinimas: lemia, kiek srovės baterija gali duoti trumpais impulsais be reikšmingo įtampos kritimo.
  • Ciklinis tarnavimo laikas (Cycle life): kiek pakrovimo/ikrovimo ciklų baterija gali atlaikyti nepraradusi didelės dalies talpos.
  • Savipaleidimas: baterijos vidinis savaiminis išsikrovimas per laiką.

Tipai ir jų savybės

Pagal galimybę įkrauti:

  • Pirminės (vienkartinės): negali būti saugiai arba efektyviai įkraunamos. Pavyzdžiai: cinkas–anglis, alkalinės, tam tikros ličio pirminės baterijos. Jų privalumas — žema kaina ir ilgas laikymo laikas; trūkumas — atliekamos ir neišnaudojamos pabaigoje.
  • Antrinės (įkraunamos): skirtos daugkartiniam naudojimui. Pavyzdžiai: svino rūgštinės (automobilių akumuliatoriai), NiMH, NiCd, Li-ion, LiFePO4. Privalumai — ekonomiškesnės ilgalaikėje perspektyvoje; trūkumai — reikalauja tinkamo įkrovimo ir priežiūros.

Praktiniai panaudojimo pavyzdžiai

  • Mobilieji telefonai, nešiojami kompiuteriai, planšetės — dažniausiai Li-ion akumuliatoriai.
  • Elektros transportas (elektromobiliai, elektriniai dviračiai) — didelės talpos Li-ion arba LiFePO4 pakabinamos baterijos.
  • Automobilių starteriai — tradiciškai svino rūgštinės baterijos.
  • Namų energijos saugojimas (saulės baterijų sistemos) — naudojamos akumuliatorių bankai (svino rūgštinės arba ličio pagrindo).
  • Avarinis maitinimas (UPS), medicininė įranga, ryšio stotys — reikalauja stabilios ir patikimos energijos tiekimo.

Saugumas ir aplinkosauga

Akumuliatoriai gali kelti kelią saugumo ir aplinkosaugos rizikų:

  • Li-ion baterijos gali patirti termininį bėgimą (thermal runaway) ir užsidegti, jei jos pažeistos, perkaista arba neteisingai įkraunamos. Todėl svarbu naudoti atitinkamus įkroviklius ir apsaugines grandines.
  • Senos ar pažeistos baterijos gali nutekėti toksiškų medžiagų (pvz., švino, kadmio) — tai kenkia aplinkai ir sveikatai.
  • Atliekamos baterijos reikia tvarkyti pagal vietos teisės aktus — dažnai yra specialios surinkimo ir perdirbimo schemos.

Įkrovimas ir priežiūra

Keletas praktinių patarimų baterijų tarnavimo laikui pailginti:

  • Naudokite originalius arba tinkamus, gamintojo rekomenduojamus įkroviklius (ypač svarbu Li-ion baterijoms).
  • Venkite ekstremalių temperatūrų — itin didelė arba žema temperatūra mažina baterijos efektyvumą ir trumpina gyvenimą.
  • Antrinėms baterijoms nereikėtų nuolat leisti visiškai išsikrauti (giliai iškrauti), nebent tai rekomenduojama gamintojo (NiCd „atminties“ efektui mažinti). Daugumai Li-ion baterijų geriau palaikyti vidutinį įkrovos lygį (pvz., 20–80 % arba ~40–60 % ilgalaikiam saugojimui).
  • Sekite ciklų skaičių ir talpos pokyčius — pastebimas greitas talpos mažėjimas gali reikšti, kad baterija artėja prie pabaigos.

Perdirbimas ir teisės aktai

Baterijos turėtų būti perdirbamos ar utilizuojamos pagal vietos taisykles. Daugelyje šalių yra specialios surinkimo stotys arba prekybos tinklai priima senas baterijas. Perdirbimas leidžia atgauti metalus (pvz., šviną, ličio druskas, varį) ir sumažinti žaliavų gavybos poveikį aplinkai.

Apibendrinant: baterija yra būtinas šiuolaikinių įrenginių komponentas — nuo mažų nuotolinių pultelių iki didelių energijos saugyklų. Renkantis baterijos tipą svarbu atsižvelgti į jos paskirtį, energetinius parametrus, saugumo reikalavimus ir poveikį aplinkai.