Jaký je základní rozdíl mezi bateriemi a akumulátory?
Baterie (primární články) jsou chemické zdroje elektrického napětí, které nelze po vybití opětovně nabít vnějším elektrickým proudem. Jejich výhodou je omezené samovybíjení a tím i delší skladovatelnost. Asi nejznámějšími zástupci primárních článků jsou baterie označované jako AAA nebo AA, což není nic jiného než „tužkové baterky“ o různé velikosti, dále kulaté baterie do hodinek či ploché baterky.
Akumulátory (sekundární články) taktéž poskytují zdroj elektrického napětí pomocí chemické reakce, ale na rozdíl od primárních článků je chemická reakce při dodání vnějšího elektrického proudu vratná (tzv. lze je opakovaně nabíjet/vybíjet). Některé akumulátory se v běžné řeči označují jako baterie (např. autobaterie, baterie v notebooku, ale i dobíjecí tužkové baterie…).
Pozn. I když se pro akumulátory v noteboocích, mobilních telefonech, autech apod., vžilo označení „baterie“, záměrně budu v tomto článku používat výraz „akumulátor“ abych odlišila primární a sekundární články.
Z jakých materiálů se akumulátory vyrábí?
Nejrozšířenějším materiálem je olovo a lithium.
Olověné akumulátory jsou levnější variantou, jsou těžší než ty z lithia a mají horší poměr mezi vloženou energií a hmotností akumulátoru (celková účinnost). Kvůli své hmotnosti nacházejí uplatnění spíše v těžkých strojích (automobily, lodě, vysokozdvižné vozíky), fotovoltaické aplikace, jako záložní zdroje atd.
Akumulátory z lithia jsou dražší, ale díky schopnosti naakumulovat větší množství energie vzhledem ke své nižší hmotnosti nacházejí uplatnění v drobných (a dražších) elektronických zařízeních jako jsou notebooky, fotoaparáty, mobilní telefony, tablety atd. Nejrozšířenější jsou Li-ion akumulátory, méně pak Li-pol, které se uplatňuji v nejdražší elektronice.
Olověné i lithiové akumulátory jsou určené ke zpětnému odběru a lze je zrecykovat. Olověné akumulátory se dají zrecyklovat min. ze 75 %. Takto získané olovo tvoří až 80 % olova v nově vyrobeném akumulátoru. Akumulátory z lithia se recyklují obtížněji, protože lithium je velmi reaktivní a hořlavé.
Jaké druhy akumulátorů jsou na trhu k dostání?
Startovací akumulátory nebo-li autobaterie jsou konstruovány pro dodání okamžitého co největšího elektrického proudu za co nejkratší čas (viz startování auta). To je umožněno použitím tenkých olověných elektrod s větší plochou. Jsou relativně levné, což svádí k jejich použití i jinak než jen ke startování auta. Například k uchování elektrické energie z fotovoltaické elektrárny. Ale pozor na to! Tyto akumulátory nejsou konstruovány pro hluboké a periodické vybíjení a po pár desítkách cyklů by byly k ničemu.
- Dalším mezistupněm jsou hermeticky uzavřené olověné trakční akumulátory, ty mají oproti autobateriím silnější elektrody, které jsou navíc legované, což zabraňuje sulfataci (zanášení elektrod a snížení životnosti). Jsou konstruovány pro cyklické nabíjení a vybíjení a dokáží dodávat nižší elektrický proud po delší časový horizont. Lze je hluboce vybíjet, ale je potřeba počítat s tím, že opakované hluboké vybíjení zkracuje počet cyklů a tím i životnost akumulátoru. Používají se například pro aplikace do karavanů, do vysokozdvižných vozíků nebo do UPS zařízení (záloha serverů a zabezpečovacích systémů).
- Staniční akumulátory jsou do jisté míry stacionární formou trakčních akumulátorů. Ovšem základním rozdílem je, že elektrolyt akumulátoru není hermeticky uzavřený a tyto akumulátory vyžadují pravidelnou údržbu. Akumulátory jsou schopny sloužit jako plnohodnotný záložní zdroj v případě výpadku elektrického proudu. Během svého provozu jsou udržovány stále v nabitém stavu. Najdete je v nemocnicích, elektrárnách, požárních alarmech a dalších energeticky náročných systémech.
Speciální a méně známé druhy akumulátorů
Karbon-olověný akumulátor
Akumulátory na bázi olova a uhlíku disponují vysokou energetickou kapacitou jako akumulátor, stejně tak vysokým výkonem jako kondenzátor. Tento typ akumulátoru je hermeticky uzavřený, a tudíž bezúdržbový. Základem akumulátoru je patentovaná mřížka ze slitiny olova. Kladná elektroda (anoda) je tvořena PbO2 naneseným na mřížce. Záporná elektroda (katoda) je z uhlíku a olova (také nanesena na mřížce). Jedná se o inovativní technologii s velmi dobrým poměrem cena/výkon/životnost. Další výhodou je, že tento typ akumulátoru je možné recyklovat.
Vanad-redoxový akumulátor
Principem akumulátoru je průtok vanad-redoxového elektrolytu skrz nanomembránu, kdy dochází k uvolnění uložené energie. Jedná se o velkokapacitní uložiště energie, které je schopné pokrýt výpadky elektrické energie nebo omezit elektrické zatížení během špičky. Energii je možno uchovat ať už v krátkodobém nebo dlouhodobém časovém horizontu.
Tato technologie by měla být ve srovnání s běžnými olověnými akumulátory šetrnější k životnímu prostředí vzhledem k použitému elektrolytu, který je snadno a bezpečně odbouratelný. Nicméně během testování (r.2018) jsme přišli na to, že nejslabším místem vanad-redoxového akumulátoru jsou stakery, kde velice často dochází k průsaku elektrolytu a porušení stakerů.
Další nevýhodou je cena akumulátoru, která je dost přemrštěná. V dnešní době existují daleko levnější systémy, které jsou efektivnější a spolehlivější, než výše zmíněná vanad-redoxová akumulátoru. Jelikož se jedná o celkem novou technologii, tak se provozem projevují některé technologické nedostatky použitých materiálů a řídící elektroniky.
Historie a počátky akumulace
Už jste někdy slyšeli o „bagdádské baterii“? Amfora o výšce 14 cm z pálené hlíny s měděným válcem uprostřed vyplněným železnou tyčinkou, jejíž hrdlo bylo ucpáno asfaltem, byla nalezena ve 30. letech 20. století, avšak stará je více než 2000 let. Naplněná citronovou šťávou či octem poskytuje slabé elektrické napětí, nicméně účel jejího použití není dodnes znám.
„Pravá“ éra elektřiny odstartovala až v 18. století. Lékař Luigi Galvani pozoroval při pitvách žab záškuby jejich svalů, když se jich dotýkal skalpelem. Nesprávně si tento jev vyložil jako „živočišnou“ elektřinu. Ovšem jeho současník, fyzik Alessandro Volta, přinesl důkaz, že elektřina má fyzikální základ a v roce 1800 sestavil tzv. Voltův sloup, první elektrický článek, který produkoval elektřinu chemickou reakcí.
Na první akumulátor jsme museli počkat téměř 60 let, než jej sestavil Gaston Planté z olověných desek ponořených do roztoku kyseliny sírové.