Ogniwa, baterie czy akumulatory stanowią elektrochemiczne źródła
zasilania, w których w wyniku zachodzących reakcji chemicznych
(odwracalnych lub nie), otrzymujemy energię elektryczną. Każda bateria
lub akumulator składa się z jednego lub więcej ogniw, w celu
zapewnienia odpowiedniego napięcia. Można je podzielić na dwie grupy: ogniwa pierwotne (nieładowalne) i ogniwa wtórne (ładowalne - akumulatory).
W ogniwach pierwotnych mamy do czynienia z nieodwracalną reakcją
chemiczną, w której wytwarzana jest energia elektryczna. W ogniwach
wtórnych mamy do czynienia z odwracalną reakcją chemiczną, gdzie w
trakcie doprowadzania prądu z zewnątrz, zachodzi proces gromadzenia
energii.
- Ogniwa (baterie) cynkowo-węglowe
Najczęściej spotykany typ baterii, ze względu na niski koszt produkcji i szeroką dostępność. Charakteryzują się jednak słabą wydajnością, zwłaszcza w zastosowaniach wymagających dużych prądów (ponad 100 [mA]). Katoda wykonana jest w postaci pręta węglowego, wokół którego umieszczony jest sproszkowany dwutlenek manganu (MnO2) – braunsztyn. Anoda wykonana jest z cynku uformowanego w kształt pojemnika. Elektrolit stanowi roztwór chlorku amonu lub chlorku cynku w wodzie.
Zastosowania: urządzenia o małym poborze prądu, takie jak: latarki, zabawki, zegary, itp…
- Ogniwa (baterie) alkaliczne
Coraz częściej stosowane zamiast baterii cynkowo-węglowych. Znacznie lepiej nadają się do stosowania w urządzeniach o dużym poborze prądu. Mają większą pojemność, dłuższą żywotność, szerszy zakres temperatur pracy: od -30ºC do +70ºC. Katoda wykonana jest z dwutlenku manganu (MnO2), a anoda z tlenku cynku. Elektrolit (zasadowy) stanowi wodny roztwór wodorotlenku potasu.
Zastosowania: urządzenia o średnim (100-300mA) i dużym poborze prądu (>300mA), takie jak: walkmany, aparaty fotograficzne, telefony bezprzewodowe, golarki, gry elektroniczne, aparaty cyfrowe, itp...
- Ogniwa (baterie) tlenkowo-srebrowe
Idealne do stosowania wszędzie tam, gdzie wymagana jest stałość napięcia, a więc w urządzeniach czułych na zmiany napięcia zasilania. Baterie tlenkowo-srebrowe mają bardzo stabilne napięcie wyjściowe o wartości 1,5 [V], jednak po rozładowaniu spada ono gwałtownie. Katoda wykonana jest z tlenku srebra a anoda z cynku.
Zastosowania: kamery, zegarki, kalkulatory, notesy elektroniczne, itp...
- Ogniwa (baterie) rtęciowe
Znamionowe napięcie ogniw rtęciowych wynosi 1,35 [V] i jest względnie stabilne, przy czym po rozładowaniu gwałtownie spada. Katoda wykonana jest z rtęci a anoda z cynku. Elektrolit jest wodnym roztworem wodorotlenku potasu.
Zastosowania: kamery, zegarki, kalkulatory, notesy elektroniczne, itp...
- Ogniwa (baterie) litowe
Najczęściej stosowane w układach podtrzymujących pamięć, w zegarach , kamerach, kalkulatorach, w urządzeniach wymagających dużego stopnia niezawodności oraz narażonych na duże zmiany temperatury. Znamionowe napięcie baterii litowych wynosi 3 [V] a chlorkowo-jonowych 3,6 [V].
- Ogniwa (baterie) cynkowo-powietrzne
Najczęściej stosowane w aparatach słuchowych, pagerach, urządzeniach telemetrycznych. Katodę stanowi tlen (O2) a anodę sproszkowany cynk. Elektrolitem jest wodorotlenek potasu (KOH). W bateriach tych wykorzystywana jest katalityczna reakcja utleniania cynku, przy czym tlen pobierany jest z powietrza. Dzięki wyeliminowaniu tradycyjnej katody, gęstość energii na jednostkę masy jest w bateriach cynkowo-powietrznych bardzo wysoka. Dodatkową zaletą, jest bardzo długi czas przechowywania (do 4 lat w zamknięciu fabrycznym). Po rozpakowaniu, czas pracy baterii cynkowo-powietrznej wynosi około 3-4 miesięcy.
- Ogniwa (akumulatory) ołowiowe
Są najpopularniejszym typem akumulatorów sprzedawanych obecnie. Katoda i anoda wykonana jest z
płyt ołowiowych a elektrolit stanowi
kwas siarkowy (H2SO4). Stąd także nazwa akumulator ołowiowo-kwasowy. Na co dzień mamy do czynienia z akumulatorami rozruchowymi w naszych samochodach, lecz ich zastosowań jest o wiele więcej. Generalnie akumulatory ołowiowe możemy podzielić na klasyczne z ciekłym elektrolitem oraz na szczelne (tzw. bezobsługowe). Bezobsługowe akumulatory ołowiowo-kwasowe oznaczane jako
SLA (Sealed Lead-Acid - szczelne ołowiowo-kwasowe) lub
VRLA (Valve Regulated Lead-Acid - ołowiowo-kwasowe regulowane zaworami), dzięki swoim zaletom oraz właściwościom eksploatacyjnym coraz powszechniej zastępują tradycyjne (mokre) akumulatory kwasowe i zasadowe jak również baterie niklowo - kadmowe. Akumulatory bezobsługowe:
- nie wymagają uzupełniania wody i ciągłej konserwacji elektrolitu (pomiary gęstości, poziomu
itp.),
- są szczelne - mogą więc pracować w dowolnej pozycji i w normalnych warunkach eksploatacji nie wydzielają gazów,
- dzięki szczelności są bezpieczne w eksploatacji i nieszkodliwe dla otoczenia (nie ma kwaśnych oparów i niebezpieczeństwa poparzenia kwasem siarkowym) a także nie wymagają pomieszczeń ze specjalną, wymuszoną wentylacją,
- w porównaniu z klasycznymi akumulatorami mają niższą oporność wewnętrzną i są znacznie mniejsze i lżejsze przy danej pojemności.
Akumulatory bezobsługowe wykonywane są obecnie w dwóch technologiach:
- AGM (Absorbed Glass Mat) - cały elektrolit uwięziony jest (wchłonięty) w separatorach z włókna szklanego o dużej porowatości, znajdujących się między płytami.
- żelowej - elektrolit uwięziony jest w postaci żelu.
Akumulatory wykonane w technologii AGM mają niższą rezystancję wewnętrzną co oznacza wyższe napięcie na zaciskach i dłuższy czas pracy, szczególnie przy rozładowaniu dużym prądem. Przy tych samych gabarytach mają również nieco większą pojemność gdyż część elektrolitu w akumulatorach żelowych stanowi czynnik żelujący. Akumulatory żelowe lepiej odprowadzają ciepło wytwarzane w akumulatorze przy przepływie prądu. Są również bardziej odporne na wibracje i wstrząsy. Ta zaleta ma znaczenie w zastosowaniach mobilnych i przenośnych. Każde ogniwo akumulatora bezobsługowego (6 woltowy - 3 ogniwa, 12 woltowy - 6 ogniw) posiada jednokierunkowy, samouszczelniający się zawór, który otwiera się w przypadku wzrostu ciśnienia wewnątrz akumulatora (np. przy przeładowaniu) i wypuszcza gazy na zewnątrz chroniąc pojemnik przed rozsadzeniem. Akumulatory bezobsługowe wykorzystują proces
rekombinacji czyli reakcje chemiczne, dzięki którym tlen i wodór powstające przy przeładowaniu i w klasycznym ogniwie wydalane do atmosfery, pozostają w akumulatorze w postaci wody i eliminują konieczność jej uzupełniania. Główne zastosowania szczelnych, bezobsługowych akumulatorów ołowiowo-kwasowych to:
- praca buforowa (zasilanie awaryjne) - akumulator jest cały czas podłączony do układu ładowania i stanowi awaryjne źródło zasilania w przypadku zaniku napięcia sieciowego (UPS-y, systemy alarmowe, oświetlenie awaryjne, centrale telefoniczne, kasy fiskalne itp.). Po naładowaniu akumulator pobiera minimalny prąd konserwujący, który uzupełnia jego samorozładowanie.
- praca cykliczna - akumulator jest podstawowym źródłem zasilania urządzenia i po rozładowaniu jest odłączany od obciążenia i ładowany (urządzenia przenośne i mobilne).
- Ogniwa (akumulatory) niklowo-kadmowe (NiCd)
Akumulatory te charakteryzują się dużą gęstością energii w stosunku do masy, długą żywotnością, dużą liczbą cykli ładowania i rozładowania oraz bardzo niskim współczynnikiem samorozładowania. Katoda zbudowana jest z niklu (Ni(OH)2) a anoda z kadmu. Elektrolit stanowi wodorotlenek potasu (KOH). Największą zaletą tego typu akumulatorów jest możliwość szybkiego naładowania. Ze względu na użyty kadm są uciążliwe dla środowiska.
- Ogniwa (akumulatory) niklowo-wodorkowe (NiMH)
Akumulatory NiMH coraz częściej zastępują akumulatory NiCd. Ponieważ nie posiadają szkodliwego kadmu, są znacznie mniej uciążliwe dla środowiska naturalnego. W porównaniu z akumulatorami NiCd, charakteryzują się większą gęstością energii co przekłada się na większą pojemność, ale także krótszą żywotnością i szybszym czasem samorozładowania. Katoda zbudowana jest z niklu a anoda jest specjalnym stopem metali ziem rzadkich, niklu, manganu, magnezu, aluminium i kobaltu. Elektrolit stanowi wodorotlenek potasu (KOH).
Zastosowania: urządzenia przenośne o dużym poborze prądu: telefony komórkowe, kamery video, aparaty cyfrowe, oświetlenie awaryjne, elektronarzędzia, laptopy, itp…
