M15A4 CQB Compact Seal

Akku on laite, joka varaa energiaa ja vapauttaa sen sähköisessä muodossa. Akkua voidaan ladata uudelleen, paristo on puolestaan kertakäyttöinen sähkökemiallinen sähkövarasto.

Akun keksi Gaston Planté vuonna 1859. Se oli tyypiltään lyijyakku. Hän valmisti sen kahdesta lyijykelmusta, eristi kumisuikaleilla ja upotti 10-prosenttiseen rikkihappoon.[1]

Elektrostaattinen varaaminen on käytännöllistä joissain tapauksissa (ks. kondensaattorit). Yleensä akut ovat elektrokemiallisia laitteita, jotka koostuvat esimerkiksi galvaanisista kennoista tai polttokennoista. Vuosittainen akkuteollisuuden liikevaihto on noin 2,35 miljardia euroa.
Sisällysluettelo
[piilota]

* 1 Akkutyyppejä
o 1.1 Elektrodien mukaan
o 1.2 Käyttötarkoituksen mukaan
* 2 Nikkeli-kadmiumakku (NiCd)
o 2.1 Ominaisuudet
o 2.2 Lataus ja käyttö
o 2.3 Säilytys
o 2.4 Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen
* 3 Nikkeli-metallihydridi (Ni-MH)
o 3.1 Ominaisuudet
o 3.2 Lataus ja käyttö
o 3.3 Säilytys
o 3.4 Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen
* 4 Litium-ioni (LiIon)
o 4.1 Ominaisuudet
o 4.2 Lataus ja käyttö
o 4.3 Säilytys
o 4.4 Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen
* 5 Suljettu VRLA-akku (Valve Regulated Lead Acid)
o 5.1 Ominaisuudet
o 5.2 Lataus ja käyttö
o 5.3 Säilytys
o 5.4 Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen
* 6 Lähteet
o 6.1 Vanhaa kirjallisuutta
* 7 Katso myös

[muokkaa] Akkutyyppejä

[muokkaa] Elektrodien mukaan

* lyijyakku
* suljettu lyijyakku (Lyijyhyytelö tai AGM)
* nikkeli-kadmium-akku (NiCd)
* nikkelimetallihydridi-akku (NiMH)
* litium-ioni-akku (LiIon)
* litiumpolymeeri-akku (LiPo)

[muokkaa] Käyttötarkoituksen mukaan

* käynnistysakku
* paikallisakku
* vapaa-ajan akku
* trukin akku

[muokkaa] Nikkeli-kadmiumakku (NiCd)

Nikkeli-kadmium-akku on keksintönä vanha, se keksittiin alun perin jo vuonna 1899. Waldemar Jungner ja Thomas Alva Edison saivat patentit lipeäakulle v. 1901, Jungner tammikuussa Ruotsissa NiCd-akulle ja Edison helmikuussa Saksassa NiFe-akulle. Avoin Ni-Cd-akku on ollut teollisuuskäytössä keksimisestään lähtien. Suljettu NiCd-akku patentoitiin jo 1930-luvulla, mutta kuluttajamarkkinoille se tuli vasta 1950-luvulla. NiCd-akku on silti vanhimpia markkinoilla olevia akkutyyppejä.

Akun positiivinen elektrodi on valmistettu nikkelihydroksidista ja negatiivinen kadmiumista. Nikkelihydroksidin valmistuksessa käytetään jauhemetallurgista 255-tyyppistä nikkelijauhetta.[2] Elektrolyyttinä on kaliumhydroksidiliuos eli lipeä. Vaikka uusia akkutekniikoita on viime aikoina kehitetty, ovat myös NiCd-akkujen ominaisuudet kehittyneet. Kapasiteetti on kasvanut ja muisti-ilmiötäkin on saatu vähennettyä.

Nykyään NiCd-akkuja ei saa käyttää kuluttajatuotteissa. Käyttö on sallittu vain teollisuuskäytöissä. Kadmium (Cd) on ympäristölle ja ihmisille erittäin vaarallinen myrkky.

[muokkaa] Ominaisuudet

NiCd-akun kestoikä on suuri oikein käytettynä. NiCd-akun virranantokyky on suuri: akkua voidaan kuormittaa yli 10 C:n virralla (eli esim. 1,2 Ah:n akkua 12 A:n virralla) ja hetkellisesti akku kykenee antamaan vielä huomattavan paljon suurempiakin virtapulsseja johtuen sen matalasta sisäisestä resistanssista. Tästä johtuen NiCd-akkuja käytetään paljon virtaa tarvitsevissa työkaluissa, esimerkiksi porakoneissa. Käyttölämpötila-alue on laaja, eli akku antaa virtaa hyvin pakkasellakin, koska elektrolyytti toimii vain virrankuljettimena eikä osallistu reaktioon. Suljettuja NiCd-kennoja valmistetaan erilaisilla tekniikoilla ja ominaisuuksilla erilaisiin käyttötarkoituksiin. Esimerkkinä nappikennot, jotka valmistetaan massatekniikalla ja sylinterimäiset kennot, jotka valmistetaan ns sintraustekniikalla. Sylinterimäisiä kennoja valmistetaan myös suuremmille käyttölämpötiloille (+70°C). NiCd-akku kestää muita akkutyyppejä paremmin väärinkäyttöä, esim. ylilatausta ja syväpurkausta. Se ei kuitenkaan ole arka syväpurkauksille, eikä vahingoitu vaikka se pidetään varaamattomassa tilassa pitkäänkin. Huonona puolena on sintraustekniikalla valmistetun akun ns. muisti-ilmiö: jos akkua ei hoideta oikein, se voi menettää väliaikaisesti suurenkin osan alkuperäisestä kapasiteetistaan.

[muokkaa] Lataus ja käyttö

NiCd-akkujen itsepurkaus on suhteellisen suuri, siksi niissä ei ole uutena täyttä kapasiteettia. Ensimmäisellä kerralla sitä pitää ladata pitkään (yleensä 24 h). Täysi kapasiteetti saavutetaan vasta 2-3 lataus- ja purkauskerran jälkeen. Kapasiteetti vähenee käytön ja latauskertojen myötä, mutta NiCd-akku kestää n. 800-1000 varaus-purkausjaksoa.

NiCd-akku kestää pikalatausta (n. 1 h) mikäli lämpötila on välillä 5-45°C. Akku ottaa latausta vastaan alhaisemmissakin lämpötiloissa, mutta kehittää kaasuja, jotka nostavat painetta kennojen sisällä. Tämän vuoksi kylmässä olisi käytettävä hidaslatausta sopivan latausajan ollessa 10 tunnin luokkaa. Kuumemmassa kuin 45°C akku ei ota vastaan latausta täyden kapasiteetin edestä, vaan esim. 60°C:ssa saavutettava varaustaso on enää 50 % nimellisestä kapasiteetista. Myös akun lataaminen kuumemmaksi kuin 45°C alentaa akun ikää.

Kun NiCd-akun napajännite latauksessa kääntyy laskuun, voidaan akun katsoa olevan täyteen varattu. Tällöin sen lämpötila on alkanut nousta, joka aiheuttaa akun SMV:n alenemisen. Hyvälaatuinen latauslaite tunnistaa em. ilmiöt ja lopettaa pikalatauksen siirtyen hitaaseen ylläpitolataukseen. Vaikka NiCd-akku kestääkin ylilatausta, sitä ei kannata pitää pitkiä aikoja ylläpitovarauksessa, vaan akku tulisi mieluummin ottaa käyttöön.

NiCd-akun yksi huono puoli on muisti-ilmiö: mikäli akkua puretaan jatkuvasti samanmääräisesti, eikä pureta välillä tyhjäksi, sen sähkönvarauskyky, kapasiteetti, alenee ko. käytettyyn purkausmäärään. Tämä johtuu akkukennojen elektrodien aktiiviaineen kahden arvoisen oksidin muutoksesta alempiasteiseksi ja sitä kautta materiaalikiteiden muutoksesta alemman energiatason kiderakenteeseen, joka aiheuttaa varauskyvyn pienenemisen. Tämä ilmiö huomattiin ensimmäistä kertaa kun akkuja käytettiin satelliittien akkuina. Satelliitti kiersi maapalloa ja akut purkaantuivat vain osittain satelliitin ollessa maan pimeällä puolella. Kun virtaa sitten oltaisiinkin tarvittu enemmän ei se onnistunutkaan, sillä akut olivat "oppineet" kuinka tyhjäksi ne yleensä käytetään. Muisti-ilmiö on myös puhelimen käyttäjälle varsin epämiellyttävä tuttavuus, akun kapasiteetti ikään kuin "häviää" jonnekin. Muisti-ilmiön voi välttää purkamalla akun aika-ajoin kunnolla tyhjäksi (siten että kennojen napajännite laskee 1 V:iin)ja varaamalla akut taas täyteen. Nykyisille NiCd akuille, jotka ovat päivittäisessä käytössä pitäisi riittää yksi kunnon "tyhjennysharjoitus" kerran kuukaudessa. Jos akkua ei ole hoidettu asianmukaisesti ja se on päässyt huonoon kuntoon, sitä voi elvyttää purkamalla akun pienellä virralla hitaasti hyvin tyhjäksi (U < 0,6 V) ja sen jälkeen lataamalla normaalisti se täyteen. Jos täyttä akkua säilytetään käyttämättä, purkaantuu se itsestään. 24 h:n sisällä akku on menettänyt 10 % varauksestaan ja normaalilämpötilassa itsepurkaus jatkuu sen jälkeen vauhdilla 10 %/kk.

[muokkaa] Säilytys

NiCd-akkua voi säilyttää käyttämättä jopa 5 vuoden ajan. Parhaiten akku säilyy kun se puretaan aivan tyhjäksi ja oikosuljetaan navoistaan säilytyksen ajaksi. Jos tätä on mahdotonta toteuttaa, niin akku kannattaa purkaa niin tyhjäksi kuin on mahdollista. Säilytys kuivassa ja viileässä paikassa.

[muokkaa] Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

NiCd-akut ovat ympäristölle kaikkein haitallisin akkutyyppi. NiCd-akun sisältämä kadmium on erittäin myrkyllistä jo pieninä pitoisuuksina ja siksi NiCd-akut ovat ongelmajätettä. Ainoa tapa päästä niistä eroon, on viedä ne paristojen- ja akkujenkeräyspisteeseen joita on lasinkeräyspaikkojen yhteydessä. Myös jotkin valokuvaus- ja radioliikkeet ottavat niitä vastaan. NiCd-akuille on olemassa kierrätysmenetelmä jossa niiden sisältämät raaka-aineet otetaan talteen ja ohjataan uudelleenkäyttöön. NiCd-akkujen myrkyllisyyden vuoksi niiden käyttö uusissa laitteissa on kielletty. Nykyään uudet Litium polymeeriakut, joiden purkuvirta voi olla jopa 16 A, pystyvät korvaamaan Ni-Cd akut.

[muokkaa] Nikkeli-metallihydridi (Ni-MH)

Pääartikkeli: Nikkelimetallihydridiakku

1970-luvulla alettiin tehdä tutkimustyötä Nikkelimetallihydridi-akkujen kehittämiseksi ja 80-luvun lopulla NiMH-akku oli saatu markkinakelpoiseen kuntoon. NiMH-kennossa positiivisena elektrodina on nikkelihydroksidi ja negatiivisena metallihydridi elektrolyytin ollessa kaliumhydroksidia.

[muokkaa] Ominaisuudet

NiMH-akulla on suurempi kapasiteetti, mutta lyhyempi kestoikä verrattuna NiCd-akkuun. Muisti-ilmiö vaivaa tätäkin akkutyyppiä, mutta selvästi vähemmin kuin NiCd akkua. Heikkouksina ovat matala virranantokyky (ei sovellu esim. akkuporakoneisiin) sekä suuri itsepurkaus: akun varauksesta purkautuu itsestään noin 20 % kuukaudessa. Matkapuhelimissa tai tietokoneissa em. huonot puolet eivät ole merkittävästi haitaksi käytön luonteesta johtuen. Pakkasella NiMH-akku ei kykene antamaan yhtä hyvin virtaa kuin NiCd.

[muokkaa] Lataus ja käyttö

NiMH kehittää latauksen aikana lämpöä, eikä se pysty ottamaan virtaa vastaan yhtä nopeasti kuin NiCd. Täten lataaminen käy vähän hitaammin, ehdottoman minimilatausajan ollessa 1 h.

NiMH-akun kestoikään vaikuttaa purkukertojen määrä, ja se kuinka tyhjäksi akkua puretaan. Akun käyttöikää voi pidentää merkittävästi siten, että akku ladataan ennen kuin se on kokonaan tyhjentynyt. Muisti-ilmiön eliminoiminen vaatii, että akku tyhjennetään ajoittain kokonaan. NiMH-akun muisti ei ole yhtä vahva kuin NiCd-akuissa, joten riittää kun akku tyhjennetään kunnolla kerran 2-3 kuukaudessa. Lataus pitäisi suorittaa lämpötilassa 10-45°C, sillä kylmemmässä latauksen aikana kennojen sisäinen paine nousee haitallisesti.

[muokkaa] Säilytys

Pitkään käyttämättä jäävä NiMH-akku on parasta purkaa mahdollisimman tyhjäksi säilytyksen ajaksi. Säilytyslämpötila ei ole kovin kriittinen.

[muokkaa] Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

NiMH-akut on ympäristölle haitallinen akkutyyppi. NiMH sisältää huomattavan määrän nikkeliä joka on jo pieninä ympäristölle haitallista, siksi NiMH-akut ovat ongelmajätettä. Ainoa tapa päästä niistä eroon, on viedä ne paristojen- ja akkujenkeräyspisteeseen joita on tyypillisesti kierrätyspisteissä ja kauppakeskusten yhteydessä. NiMH-akuille on olemassa Suomessa kierrätysmenetelmä AkkuSer, jossa niiden sisältämät raaka-aineet otetaan talteen ja ohjataan uudelleenkäyttöön.

[muokkaa] Litium-ioni (LiIon)

Litium on metalleista kevyin, sillä on suurin sähkökemiallinen jännite ja täten suuri energiatiheys. Mutta koska litium on luonnostaan epästabiili olivat 80-luvulla kehitetyt litium-metalli rakenteiset akut hieman vaarallisia eikä niitä voitu turvallisuussyistä ottaa kaupalliseen käyttöön. Alettiin kehittää stabiilimpaa Litium-ioni-akkua, joka on turvallinen kunhan lataus, purkaminen ja akun käsittely suoritetaan asiamukaisesti. Ensimmäisenä LiIon-akun sai markkinoille Sony vuonna 1991. Akun positiivinen elektrodi on valmistettu litiumoksidista ja negatiivinen grafiitista tai muusta hiilipohjaisesta aineesta. Elektrolyyttinä voi olla esim. etyleenikarbonaatti.

[muokkaa] Ominaisuudet

LiIon-kennon nimellisjännite on muita akkutyyppejä huomattavasti korkeampi: 3,6 V. Kapasiteettia painoon nähden on tuplaten NiCd-akkuun verrattuna. LiIon-akku kykenee antamaan virtaa paremmin kuin NiMH, nykyään Litiumakku soveltuu jo akkuporakonekäyttöön. Pakkasessa LiIon hyytyy samaan tapaan kuin NiMH. Li-ion akkuja on ainakin kolmea eri tyyppiä sen mukaan, mistä negatiivinen elektrodi on valmistettu. Ominaisuudet vaihtelevat hieman sen mukaan. LiIon-akun ikä on rajattu ja akku vanhenee vaikkei sitä käytettäisikään. LiIon-akun raaka-aineet ovat kriittisiä kosteudelle. Siksi esimerkiksi valmistustehtaan tulee olla ilmatiivis ja ilman kosteuden tulee olla 0%. Koska valmistusvaiheessa akun sisään pääse kuitenkin aina hieman kosteutta, alkaa akku ikääntyä heti tehtaalta lähtiessään. Akun kestoiässä on saavutettu jo 20 vuoden käyttöikiä. Tällaiset akut ovat metallikuorisia, jolloin ilmankosteus ei pääse tunkeutumaan akun sisään. Nykyisten kuluttajatuotteiden LiIon-akut ovat muovikuorisia, jolloin niiden normaali ikä on 1-3 vuotta riippuen siitä kuinka huolellisesti akkua on säilytetty. Hyvin säilytetyt akut kestävät normaalisti 2-3 vuotta. LiIon-akun itsepurkaus on n. 5 % kuukaudessa. Muista akkutyypeistä poikkeavana hyvänä puolena on, että muisti-ilmiötä LiIon-akussa ei esiinny ollenkaan. Akun kapasiteetti ei alene oli lataus kuinka epäjärjestelmällistä tahansa.

[muokkaa] Lataus ja käyttö

LiIon-akku on herkkä: kennot tulee varustaa turvallisuussyistä kennokohtaisella ylilataussuojalla, sillä LiIon ei siedä ylilatausta, vaan muuttuu epästabiiliksi kehittäen lämpöä ja painetta. Myöskään akun oikosulkeminen tai purkaminen aivan tyhjäksi (U < 2,5 V) ei ole suositeltavaa. Latausaika on

Craneen menevän akun.

grane akku