Kui olete viimasel ajal oma kommunaalteenuste sahtlit vaadanud, olete võib -olla märganud erinevaid akusid, suurusi ja tüüpe, mis toidavad teie elektroonilisi seadmeid. Esiteks on teie kellade ja väikeste esemete jaoks ümmargused, mittetunnustatavad nööbrakud. Seal on ka populaarsed AA ja AAA silindrilised akud kalkulaatorite, kellade ja kaugjuhtide jaoks. Siis on teie sülearvutites ja telefonides laetavad liitium-ioonakud. Ja ärge unustage oma autos pliihappe aku.
Esimesed akud tehti 1800. aastatel ja need olid üsna lihtsad. Üks esimesi meeleavaldusi oli soolvees leotatud metallist ketaste seeria, mille Itaalia teadlane Alessandro Volta leidis, lõi elektrivoolu. Esimene pliihappe aku oli valmistatud mõnest plii tükist väävelhappe purgis. Kaasaegsed versioonid pole nii erinevad. Neid on lihtsalt lihtsam toota ja sisaldavad erinevaid lisaaineid jõudluse parandamiseks.
Kõigil juhtudel toimivad akud samal viisil: kahe erineva elektroodi vaheline pinge erinevus tekitab elektrivoolu, mille saab seadme toiteks. Seejärel saavad laetavad akud selle voolu tagasi laadimiseks ümber pöörata. Aku sees on elektrivooluga kaasas ioonide voog vedeliku, elektrolüüti kaudu.
Iga elektroni läbipääsuga vooluga kaasneb ühe iooni transportimine elektrolüüdi kaudu. Elektroodid, mis võivad rohkem ioone hoida, põhjustavad akusid, mis mahutavad rohkem laadimist ja kestavad seetõttu kauem ühe laadimisega. Elektroodid, mis on konstrueeritud kiiremaks ioonide hoidmiseks, viivad akudeni, mis võivad suure võimsusega rakenduste jaoks kiiremini tühjendada. Lõpuks, suudab mitu korda laadida ja tühjendada ilma pikkade eluaegade akudeni.
Pliihappe akud
Pliihappe aku oli esimene laetav aku, mille leiutas 1859. aastal Gaston Plante, kes katsetas happelises lahuses pliiplaate ja leidis, et elektrivoolu voolu ja ladustamist saab ümber pöörata.
Pliihappe aku peab olema piisavalt suur, et auto käivitamiseks piisavalt laadida. Samuti peab see olema kasutatav külma kliimaga ja kestma palju aastaid. Kuna elektrolüüt on söövitav hape, peab väline korpus olema raske, et kaitsta inimeste ja autode osi võimaliku kahju eest. Seda kõike teades on mõistlik, et kaasaegsed pliihappe akud on blokeerivad ja rasked.
Aluselised akud
Teisest küljest saavad majapidamisseadmed nagu kalkulaatorid ja digitaalsed skaalad endale lubada väiksemate akude kasutamist, kuna need ei vaja palju laadimist. Need on peamiselt leidumatud aluselised akud, mida on kasutatud aastakümneid. Standardiseeritud lahtrite suurused on AAAA, AAA, AA, C ja D, samuti nupu- ja mündrakud ning paljud teised. Suurused on seotud sellega, kui palju laenguid nad säilitavad - mida suurem on aku, seda rohkem see hoiab - ja nende seadmete suurus.
Mõnikord võite leida ristkülikukujulistes kujundites müüdavaid leeliselisi akusid, näiteks tavalisi 9- volti akusid, kuid avage väliskorpus ja leiate, et need on lihtsalt mõned silindrilised lahtrid, mis on ühendatud. Silindrilised akud on olnud nii kaua ja kasutatud nii laialdaselt, et lihtsalt pole mõtet, et ettevõtetel midagi muud valmistaks - see nõuaks investeeringut oma tootmisvõimaluste vahetamiseks, mida nad pigem ei teeks.
Liitium-ioon akud
Nikkel-kadmiumpatareisid olid esimesed laialdaselt kasutatud laetavad akud majapidamise elektroonika jaoks ja olid 20. sajandi lõpuks populaarsed. Kuid neil olid oma lõksud. Kaadmium on väga mürgine ja akud kannatasid "mäluefekti" all, mis vähendas nende eluiga.
Aastakümneid uuriti liitiumi võimalikuks kasutamiseks laetavates akudes, kuna selle ainulaadsed omadused on kerge metallina, mis hoiab palju energiat. Esmakordselt turustas Sony liitium-ioon aku 1991. aastal.
Ettevõte tegi silindrilisi rakke, kuna neid oli kõige lihtsam valmistada. 1990ndatel valmistas Sony palju videokaameraid ja lindid ning seega oli sellel palju rullimise tootmiseks vajalikke seadmeid. Oli loomulik, et see seadmed akulektroodide rullide tootmiseks oli loomulik, mis valmistatakse kilede valamisel vasele või alumiiniumilehtedele ja seejärel veeretades need üles "tarretise rulli" silindrisse.
Nende silindriliste rakkude paks korpus on mehaaniliselt tugev ja veel ühe ohutuskihi lisamiseks on neil rõhu leevendusventiil. Väga kiiresti võtsid need varased liitium-ioonrakud üle kaasaskantava elektroonika turu, eriti sülearvutite ja mobiiltelefonide jaoks, kuna need säilitasid rohkem energiat ja kestsid kauem kui nikkel-kadmiumi laetavad akud.
Akusid kujundavad tegurid
Akusid valmistatakse teatud suuruses ja kujul kulude ja tootmise huvides, kuid muudel juhtudel pärandootmise protsesside tõttu. Oma rolli mängib ka turunõudlus.
Näiteks ei hakanud elektrisõidukid alles enne, kui Tesla hakkas autosid valmistama, kasutades silindrilisi liitium-ioon akurakke, mitte ristkülikukujulisi kott või prismaatilisi rakke, mida teised EV-tegijad on kasutanud. Koti ja prismaatilisi rakke saab tihedalt kokku pakkida, kuid kuna silindrilisi rakke toodeti juba kaasaskantava elektroonika jaoks massiliselt, suutis Tesla teha 2010. aastatel madalama hinnaga EV-sid.
Mis kuju ja suurusega akud tulevikus võtavad, sõltub mitte ainult sellest, kui palju energiat nad salvestavad, vaid ka turumajandusest - kui lihtne on igat tüüpi lahtritüüpi teha, kui palju nende valmistamine maksab ja milleks nad kasutavad. Ja need tegurid on segu innovatsioonist ja ajaloost.