Feltárul az elemek rejtett világa
Az első elemeket az 1800-as években készítették, és meglehetősen egyszerűek voltak. Az egyik első demonstráció egy sor fémkorong volt, amelyeket sóoldatba áztattak. Alessandro Volta olasz tudós felfedezte, hogy ez elektromos áramot hozott létre. Az első ólom-sav akkumulátort ólomdarabokból készítették, amelyeket kénsavval teli üvegbe helyeztek. A modern verziók nem sokban különböznek ettől, csak könnyebb gyártani őket és különböző adalékanyagokat tartalmaznak a teljesítmény javítása érdekében.
Minden elem ugyanúgy működik: két különböző elektróda közötti feszültségkülönbség elektromos áramot hoz létre, amely kisüthető egy eszköz működtetéséhez. Az újratölthető elemek ezután megfordíthatják ezt az áramot, hogy újra feltöltődjenek. Az elemen belül az elektromos áramot ionok áramlása kíséri a folyadékon, az elektrolit oldaton keresztül.
Ólom-sav akkumulátorok
Az ólom-sav akkumulátort Gaston Plante találta fel 1859-ben. Kísérletezett ólomlemezekkel savas oldatban, és rájött, hogy az elektromos áram áramlása és tárolása megfordítható.
Egy ólom-sav akkumulátornak elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy elegendő töltést biztosítson egy autó beindításához. Hideg környezetben is használhatónak és hosszú élettartamúnak kell lennie. Mivel az elektrolit maró sav, a külső burkolatnak ellenállónak kell lennie, hogy megvédje az embereket és az autó alkatrészeit az esetleges károsodástól. Mindezek ismeretében érthető, hogy a modern ólom-sav akkumulátorok miért nagyok és nehezek.
Alkáli elemek
Másrészt a háztartási eszközök, mint például a számológépek és digitális mérlegek megelégedhetnek kisebb elemekkel, mivel nem igényelnek sok töltést. Ezek főként nem újratölthető alkáli elemek, amelyeket évtizedek óta használnak. A szabványos méreteket AAAA, AAA, AA, C és D betűkkel jelölik, valamint léteznek gomb- és érme cellák és sok más típus. A méretek kapcsolódnak ahhoz, hogy mennyi töltést tárolnak - minél nagyobb az elem, annál többet tárol - és az általuk működtetett eszközök méretéhez.
Néha előfordul, hogy az alkáli elemeket téglalap alakban árulják, mint a gyakori 9 voltos elemeket, de ha kinyitjuk a külső burkolatot, láthatjuk, hogy ezek egyszerűen néhány hengeres cella, amelyek belül össze vannak kötve. A hengeres elemek olyan régóta léteznek és olyan széles körben használják őket, hogy a gyártó cégeknek egyszerűen nem éri meg mást gyártani - ehhez be kellene fektetniük a gyártóberendezéseik megváltoztatásába, amit inkább elkerülnek.
Lítium-ion akkumulátorok
A nikkel-kadmium elemek voltak az első széles körben használt újratölthető elemek a háztartási elektronikai eszközökhöz, és népszerűek voltak a 20. század végéig. De megvoltak a buktatóik. A kadmium nagyon mérgező, és az elemek szenvedtek egy "memória-effektustól", ami csökkentette az élettartamukat.
Évtizedeken át tanulmányozták a lítiumot az újratölthető elemekben való potenciális felhasználásra, mivel egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik könnyű fémként, amely sok energiát tárol. A Sony 1991-ben hozta kereskedelmi forgalomba az első lítium-ion akkumulátort.
A cég hengeres cellákat gyártott, mivel ezeket volt a legkönnyebb előállítani. Az 1990-es években a Sony sok videokamerát és kazettát gyártott, így sok hengerléses gyártóberendezéssel rendelkezett. Természetes volt, hogy ezt a berendezést az elemek elektródáinak gyártására használják fel, amelyeket rézlemezekre öntött filmek formájában készítenek, majd felcsévélik őket egy hengeres "zselés tekercsbe".
_A modern lítium-ion akkumulátorok is ezt a felépítést követik. A hengeres cellák vastag burkolata mechanikailag erős, és a biztonság növelése érdekében nyomáscsökkentő szeleppel vannak ellátva._
Ezek a korai lítium-ion cellák nagyon gyorsan átvették a hordozható elektronikai piacot, különösen a laptopok és mobiltelefonok esetében, mivel több energiát tároltak és tovább bírták, mint a nikkel-kadmium újratölthető elemek.
Az elemek alakját meghatározó tényezők
Az elemeket bizonyos méretekben és alakzatokban gyártják a költségek és a gyárthatóság miatt, de más esetekben az örökölt gyártási folyamatok miatt. A piaci kereslet is szerepet játszik.
Például az elektromos járművek csak akkor indultak be igazán, amikor a Tesla hengeres lítium-ion akkumulátorcellákkal kezdett autókat gyártani, szemben a többi elektromos autógyártó által használt téglalap alakú tasakos vagy prizmás cellákkal. A tasakos és prizmás cellákat szorosan egymás mellé lehet csomagolni, de mivel a hengeres cellákat már tömegesen gyártották a hordozható elektronikai eszközökhöz, a Tesla alacsonyabb költségű elektromos autókat tudott gyártani a 2010-es években.
Hogy a jövőben milyen alakú és méretű elemek lesznek, az nemcsak attól függ, hogy mennyi energiát tárolnak, hanem a piaci gazdaságtól is - milyen könnyű előállítani az egyes cellatípusokat, mennyibe kerül a gyártásuk és mire használják őket. És ezek a tényezők az innováció és a történelem keverékei.
Eredeti cikk: www.freethink.com
