Jos olet viime aikoina etsinyt apuohjelmalaatikossa, olet ehkä huomannut elektronisia laitteitasi käyttäviä erilaisia muotoja, kokoja ja tyyppejä. Ensinnäkin on pyöreät, uudelleen tarttumattomat painikennot kelloille ja pienille esineille. Siellä on myös suosittuja AA- ja AAA -lieriömäisiä akkuja laskimille, kelloille ja kaukosäätimille. Sitten sinulla on ladattavia litium-ion-akkuja kannettavissa tietokoneissa ja puhelimissa. Ja älä unohda autosi lyijyakkua.
Ensimmäiset akut valmistettiin 1800 -luvulla, ja ne olivat melko yksinkertaisia. Yksi ensimmäisistä demonstraatioista oli sarja metallilevyjä, jotka on kastettu suolaveteen, jonka italialainen tutkija Alessandro Volta löysi loi sähkövirran. Ensimmäinen lyijyakku on valmistettu muutamasta lyijykappaleesta rikkihapon purkissa. Nykyaikaiset versiot eivät ole niin erilaisia. Niitä on vain helpompi valmistaa ja sisältää erilaisia lisäaineita suorituskyvyn parantamiseksi.
Kaikissa tapauksissa paristot toimivat samalla tavalla: kahden erilaisen elektrodin välinen jänniteero tuottaa sähkövirran, joka voidaan purkaa laitteen virran virtaamiseksi. Ladattavat akut voivat sitten kääntää tämän virran ladataksesi takaisin. Akun sisällä sähkövirtaan liittyy ionien virtaus nesteen, elektrolyytin läpi.
Kunkin elektronin kulkuun virrassa liittyy yhden ionin kuljetus elektrolyytin läpi. Elektrodit, jotka voivat tallentaa enemmän ioneja, johtavat paristoihin, jotka voivat pitää enemmän latausta ja kestävät siksi pidempään yhdellä latauksella. Elektrodit, jotka on suunniteltu nopeampaan ionin varastointiin, johtavat paristoihin, jotka voivat purkaa nopeammin suuritehoisia sovelluksia varten. Viimeiseksi, että pystyt lataamaan ja purkautumaan monta kertaa heikentämättä johtaa paristoihin pitkän elämän kanssa.
Lyijyakut
Lyijyakku oli ensimmäinen ladattava akku, jonka Gaston Plante keksi vuonna 1859, joka kokeili lyijylevyjä happamassa liuoksessa ja havaitsi, että sähkövirran virtaus ja varastointi voitiin kääntää.
Lead-happea-akun on oltava riittävän suuri tarjoamaan tarpeeksi latausta auton aloittamiseksi. Sen on oltava myös käyttökelpoinen kylmissä ilmastoissa ja kestävässä monessa vuodessa. Koska elektrolyytti on syövyttävä happo, ulkoisen kotelon on oltava vaikea suojata ihmisiä ja auton osia mahdollisilta vahingoilta. Tietäen kaiken tämän, on järkevää, että modernit lyijyakkut ovat esteitä ja raskaita.
Emäksiset paristot
Toisaalta kotitalouslaitteilla, kuten laskimilla ja digitaalisilla asteikolla, on varaa käyttää pienempiä akkuja, koska ne eivät vaadi paljon latausta. Nämä ovat ensisijaisesti luonnosteltuja alkaliparistoja, joita on käytetty vuosikymmenien ajan. Standardisoidut solukokot ovat AAAA, AAA, AA, C ja D, samoin kuin nappi- ja kolikkosolut ja monet muut. Koot liittyvät siihen, kuinka paljon latausta ne varastoivat - mitä suurempi akku, sitä enemmän se pitää - ja niiden laitteiden koot.
Joskus saatat löytää suorakaiteen muotoisina myytäviä emäksisiä akkuja, kuten tavallisia 9- voltin paristoja, mutta avaa ulkokotelo ja huomaat, että ne ovat yksinkertaisesti muutamia lieriömäisiä soluja, jotka on kytketty sisälle. Sylinterimäiset akut ovat olleet olemassa niin kauan ja käytetty niin laajasti, että yrityksille ei vain ole järkevää valmistaa mitään erilaista - se edellyttäisi investointia valmistuslaitostensa muuttamiseen, jota he mieluummin eivät tekisi.
Litium-ioni-akut
Nikkelikadmiumparistot olivat ensimmäisiä laajalti käytettyjä ladattavia akkuja kotitalouselektroniikkaan ja olivat suosittuja 1900-luvun lopulla. Mutta heillä oli sudenkuopat. Kadmium on erittäin myrkyllinen, ja paristot kärsivät "muistivaikutuksesta", joka vähensi heidän elinaikansa.
Useiden vuosikymmenien ajan litiumia tutkittiin potentiaalista käyttöä ladattavissa paristoissa, koska sen ainutlaatuiset ominaisuudet ovat kevyenä metallina, joka tallentaa paljon energiaa. Sony kaupatti ensin litium-ionin akun vuonna 1991.
Yhtiö teki lieriömäisiä soluja, koska nämä olivat helpointa valmistaa. 1990-luvulla Sony teki paljon videokameroita ja nauhoja, ja siten hänellä oli paljon laitteita rullavalmistukseen. Oli luonnollista, että tämä laite uudelleen on tarkoitus tuottaa akku elektrodien rullia, jotka valmistetaan valustamalla elokuvia kuparin tai alumiinilevyjen kanssa ja rullaamalla ne sitten "hyytelötelaan" -sylinteriin.
Näiden lieriömäisten solujen paksu kotelo on mekaanisesti vahva, ja toisen turvallisuuskerroksen lisäämiseksi niillä on paineenalennusventtiili. Hyvin nopeasti nämä varhaiset litium-ionisolut ottivat kannettavien elektroniikkamarkkinoiden, etenkin kannettavien tietokoneiden ja matkapuhelimien kohdalla, koska ne säilyttivät enemmän energiaa ja kestivät pidempään kuin nikkelikadmiumin ladattavat akut.
Tekijät, jotka muotoilevat akkuja
Akut valmistetaan tietyissä koossa ja muodoissa kustannusten ja valmistettavuuden vuoksi, mutta muissa tapauksissa vanhojen valmistusprosessien vuoksi. Markkinoiden kysyntä on myös rooli.
Esimerkiksi sähköajoneuvot eivät nousseet, ennen kuin Tesla alkoi tehdä autoja lieriömäisten litium-ioni-akkukennojen avulla suorakaiteen muotoisia pussia tai prismaattisia soluja, joita muut EV-valmistajat ovat käyttäneet. Pussi- ja prismaattiset solut voidaan pakata tiiviisti toisiinsa, mutta koska lieriömäiset solut olivat jo massatuotannossa kannettavalle elektroniikalle, Tesla pystyi tekemään halvempia EV: itä 2010-luvuilla.
Se, mikä muotoilut ja koot akut ottavat tulevaisuudessa, riippuu paitsi siitä, kuinka paljon energiaa he varastoivat, myös markkinataloustieteessä - kuinka helppoa on tehdä jokaisesta solutyypistä, kuinka paljon niiden valmistus maksaa ja mihin he käyttävät. Ja nämä tekijät ovat sekoitus innovaatioita ja historiaa.