Budowo akumulatora ołowiowego i zasada jego działania. Inne rodzaje akumulatorów.

Definicja akumulatora
Akumulator to urządzenie do magazynowania energii. W fazie ładowania przetwornicą energii (np. prądnicą) gromadzi energię, którą następnie oddaje w fazie rozładowywania odbiornikowi (np. latarce).

W zależności od rodzaju magazynowanej energii rozróżniamy m.in. akumulatory: bezwładnościowe, cieplne, hydrauliczne, pneumatyczne i najczęściej stosowane akumulatory elektryczne. Akumulatory łączy się szeregowo w baterie, by uzyskać wyższe napięcie znamionowe.

Akumulatory stosuje się m.in. do zasilania przenośnej aparatury różnego typu (np. pomiarowej), silników napędzających wózki elektryczne oraz urządzeń elektrycznych i elektronicznych w pojazdach.

Najczęściej stosowanym rodzajem akumulatora jest akumulator elektryczny:
Ogniwo elektrochemiczne tak skonstruowane, aby reakcje redoks przebiegały w nim w sposób odwracalny, dzięki czemu zużycie składników akumulatora (elektrolitu, elektrod) podczas czerpania energii (cykl rozładowania akumulatora) może być cofnięte wskutek elektrolizy (cykl ładowania akumulatora), kosztem energii z zewnątrz.

Ze względu na stosowany elektrolit wyróżnia się akumulatory kwasowe (np. akumulator ołowiowy – dokładniejszy opis w pkt. 3) oraz zasadowe (np. akumulator żelazowo-niklowy o schemacie
Fe, Fe(OH)2KOHNi(OH)2, Ni(OH)3, Ni, w którym przebiega reakcja
Fe + 2Ni(OH)3 = Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2).
Najważniejsze parametry akumulatora to SEM i pojemność, definiowana jako całkowity ładunek elektryczny, który można uzyskać z akumulatora naładowanego aż do jego niemal zupełnego rozładowania. Obecnie używa się nowszych, lżejszych i trwalszych typów, takich jak np. akumulator srebrowo-cynkowy. Akumulatory najnowszej generacji zawierają jony litu.

Akumulator kwasowy (ołowiowy)
a) schemat elektrochemiczny:
+Pb, PbO2 |H2SO4| Pb-

b) opis:
Akumulator naładowany, tzn., że jest w stanie oddawać prąd, składa się z płyt siatkowych – ujemnych, pokrytych ołowiem (Pb) i dodatnich, pokrytych dwutlenkiem ołowiu (PbO2). Jeżeli płyt dodatnich jest n, to płyt ujemnych jest n+1. Płyty te umieszczone są w naczyniu napełnionym rozcieńczonym kwasem siarkowym o ciężarze właściwym 1,21 – 1,24. Gdy od akumulatora odbiera się prąd elektryczny, to kwas siarkowy rozpada się na H2 i SO4. Na płytach ujemnych tworzy się siarczan ołowiu:
Pb + SO4 => PbSO4 ,
a na płytach dodatnich przebiega reakcja:
PbO2 + H2 + H2SO4 => H2SO4 + 2H2O,
wywiązuje się więc tez siarczan ołowiu.

Gdy napięcie akumulatora spadnie należy go znowu naładować; rozładowanie poniżej napięcia 1,80 Volt jest niewskazane, gdyż powoduje nieodwracalne zmiany substancji czynnej elektrod, uniemożliwiające ponowne naładowanie. Podczas ładowania siarczan ołowiu zamienia się w ołów i w dwutlenek ołowiu, wytwarza się przy tym kwas siarkowy, przez co wzrasta ciężar właściwy roztworu. Ładowanie akumulatora uskutecznia się prądem stałym, przy czym dodatni koniec przewodnika prądu łączy się z dodatnim uciskiem akumulatora, a ujemny z ujemnym. Gdy akumulator jest już naładowany, na obydwu płytach tworzą się bańki gazu, a napięcie wynosi 2,4 – 2,6 Volt. Spada ono wkrótce do wysokości normalnego napięcia 2 Volt, nawet gdy nie pobiera się z akumulatora prądu. Wskazane jest ładowanie akumulatora raz na 4 – 6 tygodni, także, gdy prądu nie pobierało się, gdyż z biegiem czasu następuje samowyładowanie i kwas ulatnia się. Można też naładować akumulator do normy i wylać z niego roztwór.

Zastosowanie
Od czasu wynalezienia oświetlenia elektrycznego zastanawiano się nad możliwością gromadzenia prądu i zużywania go w dowolnym miejscu i czasie. Szczególnie usiłowano rozwiązać ten problem w latach 80. XIXw., kiedy to maszyny wytwarzające prąd do oświetlenia mogły pracować tylko do godziny 23, by nie zakłócać dłużej ciszy nocnej mieszkańcom. Spowodowało to także rozpowszechnienie wynalezionych wówczas żarówek gazowych Aurera.

W tym czasie wiele przedsiębiorstw zaopatrywało się w urządzenia akumulatorowe. Powstał tez plan założenia w różnych miejscach miast takich urządzeń, by udostępnić mieszkańcom korzystanie z wygodnego oświetlenia. Te plany upadły, ponieważ elektrownie zaczęły pracować dniem i nocą. Akumulator został wynaleziony i zaczęto szukać nowych możliwości jego zastosowania. Wiele miast zakładało w tym czasie elektryczne linie tramwajowe, ale część nadziemną drutów uważano za niebezpieczną, a także nieestetyczną. Wtedy zaprojektowano wozy motorowe, poruszane prądem czerpanym z akumulatorów. Wagony te jednak miały liczne wady. Między innymi – wskutek dużej masy akumulatorów – były bardzo ciężkie, a więc wymagały wzmocnienia podłoża, po którym się poruszały. Poza tym kierujący takimi pojazdami musieli być bardzo dobrze wyszkoleni – a co za tym idzie, dobrze opłacani – gdyż personel niewyszkolony szybko niszczył akumulatory, które musiano zastępować nowymi.

W tym czasie akumulatory nie znalazły szerszego zastosowania głównie ze względu na braki i niedociągnięcia w konstrukcji. Często masa odpadała z płyt, akumulatory nie były odporne na wstrząsy. Wady te jednak po pewnym czasie udało się usunąć i urządzenia znalazły zastosowanie m. in. w lokomotywach elektrycznych (np. w kolejach podziemnych), automobilach (wielkie fabryki, np. browary), samochodach, jako baterie (powstałe w wyniku połączenia szeregowego kilku – na ogół 3, 6 lub 9 – pojedynczych ogniw) i in.