Patarei

Keemia aku sees

Aku võib olla üks või mitu akut. Igal elemendil on anood, katood ja elektrolüüt. Elektrolüüt on peamine materjal aku sees. See on sageli mingi happe tüüp ja võib olla ohtlik, kui seda puudutada. Anood reageerib elektrolüüdiga, et toota elektrone (see on negatiivne või - ots). Katood reageerib elektrolüüdiga ja võtab elektrone (see on positiivne või + ots). Elektrivool tekib siis, kui anoodi ja katoodi ühendab juhe ja elektronid liiguvad ühest otsast teise. (Kuid akut võib kahjustada ainult kahe otsa ühendav juhe, seega on vaja ka koormust kahe otsa vahel. Koormus on midagi, mis aeglustab elektronide liikumist ja teeb tavaliselt midagi kasulikku, näiteks lambipirn taskulambis või elektroonika kalkulaatoris).

Elektrolüüt võib olla vedel või tahke. Olenevalt elektrolüüdi tüübist nimetatakse akut märg- või kuivakuumakuks.

Akus toimuvad keemilised reaktsioonid on eksotermilised reaktsioonid. Seda tüüpi reaktsioon tekitab soojust. Näiteks kui jätate sülearvuti pikaks ajaks sisse lülitatud ja seejärel akut puudutate, on see soe või kuum.

Laetav aku laetakse akus toimuva keemilise reaktsiooni ümberpööramise teel. Kuid laetavat akut saab laadida ainult teatud arvu kordi (laadimisaeg). Isegi sisseehitatud akusid ei saa igavesti laadida. Lisaks sellele väheneb iga kord, kui akut uuesti laetakse, selle võime hoida laengut veidi. Mitte-laetavaid patareisid ei tohiks laadida, sest neist võivad välja voolata mitmesugused kahjulikud ained, näiteks kaaliumhüdroksiid.

Rakke saab ühendada, et moodustada suurem aku. Ühe elemendi positiivse elemendi ühendamist järgmise elemendi negatiivsega nimetatakse nende ühendamiseks jadasse. Iga aku pinge liidetakse kokku. Kaks kuuesvoldilist akut, mis on ühendatud järjestikku, annavad 12 volti.

Ühe elemendi positiivse elemendi ühendamist teise elemendi positiivsega ja negatiivse elemendi ühendamist negatiivsega nimetatakse nende paralleelseks ühendamiseks. Pinge jääb samaks, kuid voolutugevus liidetakse kokku. Pinge on rõhk, mis surub elektrone läbi juhtmete, seda mõõdetakse voltides. Vool on see, kui palju elektrone saab korraga minna, seda mõõdetakse amprites. Voolu ja pinge kombinatsioon on aku võimsus (vatt = volti x amprit).

Paralleelselt ühendatud akud - näidatud skeemil ja joonisel

Aku suurused

Patareisid on mitmesuguse kuju, suuruse ja pingega.

AA-, AAA-, C- ja D-elemendid, sealhulgas leelispatareid, on standardsuuruses ja -kujulised ning nende pinge on umbes 1,5 volti. Patarei pinge sõltub kasutatavatest kemikaalidest. Elektriline laeng, mida see suudab anda, sõltub sellest, kui suur on aku, samuti sellest, milliseid kemikaale see sisaldab. Patarei antavat laengut mõõdetakse tavaliselt ampritundides. Kuna pinge jääb samaks, tähendab suurem laeng, et suurem aku võib anda rohkem amprit või töötada kauem.

Ajalugu

Esimene aku leiutati aastal 1800 Alessandro Volta. Tänapäeval nimetatakse tema akut Volta akuks.

Väikestes, kaasaegsetes patareides on vedelik immobiliseeritud mingisugusesse pastasse ja kõik on pandud suletud korpusesse. Selle korpuse tõttu ei saa akust midagi välja voolata. Suurematel akudel, näiteks autoakudel, on endiselt vedelik sees ja need ei ole suletud. Teise maailmasõja ajal leiutati selline aku, mis kasutab elektrolüüdina sulasoolasid.

Patareide tüübid

• Kuivad elemendid, elemendid, mis ei sisalda elektrolüüdina vedelikku (või sisaldavad immobiliseeritud vedelikku, näiteks pastat või geeli).
• Primaarelement, elemendid, mida ei saa uuesti laadida.
• Leelispatarei, "leelispatarei", mitte laetav
• Elavhõbeda aku, mitte laetav
• Leclanche aku, "super heavy duty", mitte laetav
• Liitium aku, mitte laetav, "mündi element".
• Hõbeoksiidist aku, mitte laetav, kellapatarei
• Voltaic kuhja, Allesandro Voltas esimene aku
• Sekundaarne raku, laetavad rakud
• Hermeetiline plii aku
• Liitium-ioonaku, laetav, mida kasutatakse mobiiltelefonides ja sülearvutites.
• Nikkelkaadmium aku, "NiCd", laetav
• Nikkel-metallhüdriid aku, "NiMH", laetav
• Nikkel-tsink aku

• märjad elemendid, elemendid, mis sisaldavad elektrolüüdina vedelikku
• Plii aku, laetav, autoaku
• Nikkelraudpatarei, laetav, Edisoni patarei
• Kütuseelement, mida laetakse kütuse lisamisega

Autoaku vaade ülevalt

Alternatiivid patareidele

Kütuseelemendid ja päikesepatareid ei ole patareid, sest nad ei salvesta energiat enda sees.

Kondensaator ei ole aku, sest see ei salvesta energiat keemilise reaktsiooni käigus. Kondensaator võib salvestada elektrit ja luua elektrit palju kiiremini kui aku, kuid tavaliselt maksab see liiga palju, et teha seda nii suureks kui aku. Teadlased ja keemiainsenerid töötavad selle nimel, et teha elektriautode jaoks paremaid kondensaatoreid ja akusid.

Väikesed elektrigeneraatorid, mida kasutatakse käsitsi ja jalgsi, võivad anda energiat väikestele elektriseadmetele. Kellaradiod, kellatuled ja muud sarnased seadmed on samuti mehaanilise energia salvestamiseks üleskeeratava vedruga.