 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Despre acumulatori
Partea a II-a
Tehnologii
Mic ghid non-tehnic de alegere si folosire a acumulatorilor
(fara a intra in prea multe detalii plicticoase)
Sorin P.
03-2012
revizuit
04-2012
Acumulatorul reprezinta o componenta esentiala a oricarui echipament portabil. Fie ca vorbim despre aparate foto, camere video, telefoane mobile, telefoane fixe wireless, laptop-uri, sisteme GPS portabile, sau cine-mai-stie-ce gadget high-tech, toate au nevoie de o sursa de alimentare cu energie electrica. Fiindca este ineficient sa schimbam tot la citeva zile bateriile de unica folosinta, preferam sa folosim bateriile reincarcabile - acumulatorii.
In prima parte am trecut in revista toate tipurile de acumulatori inventati pina acum, sintetizind intr-un tabel avantajele si dezavantajele fiecaruia. Dupa cum ati constatat, fiecare tip prezinta mai multe variante de realizare. Dupa cum vom vedea mai departe intr-o scurta istorie tehnica a acumulatorilor, principala problema ce trebuie rezolvata este obtinerea unor acumulatori cit mai performanti, avind o greutate si un volum cit mai mici. Dar la fel de importanta s-a dovedit a fi si fiabilitatea, care a condus, dupa mai bine de 90 de ani, la crearea acumulatorilor Ni-MH si Li-ion.
Scurta istorie a acumulatorilor
Cronologic vorbind, prima tehnologie inventata a fost cea a acumulatorilor pe baza de acid.
Acumulatorii pe baza de acid
s-au dovedit a avea o tehnologie simpla si de incredere. Inventati de fizicianul francez Gaston Planté in 1859, sint inca larg utilizati dupa mai bine de 150 de ani.
Acumulatorii pe baza de acid au asigurat cu onoare de-a lungul timpului demarajul motoarelor pe benzina si motorina de pe autoturisme si camioane, al grupurilor electrogene si al motoarelor de pe vapoare, dar si alimentarea autonoma a centralelor telefonice analogice si a altor echipamente electronice voluminoase. Mai tirziu insa, in era miniaturizarii electronicelor de larg consum, principala lor limitare s-a dovedit a fi insasi tehnologia care le-a creat. Faptul ca necesita electrozi de plumb le face grele. Avind acid sulfuric ca mediu purtator de sarcina electrica, necesita carcasa etansa si robusta pt a le putea folosi in echipamente mobile, ce sint supuse permanent miscarii si socurilor. In plus, energia specifica mica in comparatie cu cea oferita de bateriile de unica folosinta nu a permis substituirea celor din urma folosind o carcasa identica. Toate aceste impedimente au determinat producatorii sa se orienteze catre o alta solutie tehnica. Si astfel, tehnologia bazata pe nichel a intrat pe scena.
Acumulatorii pe baza de nichel (Ni-cd)
au fost inventati in Europa in anul 1899, cind suedezul Waldemar Jungner a patentat varianta Ni-Cd (nichel-cadmiu). Jungner a studiat si varianta Ni-Fe (nichel fier), pe care in final a abandonat-o, fara sa o patenteze, deoarece performantele i s-au parut mai slabe.
Coincidenta sau nu, doi ani mai tirziu Thomas Edison a patentat in SUA tot un tip de acumulatori pe baza de nichel, dar avind electrozi de fier, adica varianta Ni-Fe. Acumulatorii lui Thomas Edison s-au bucurat in SUA de o popularitate mult mai mare decit “fratii” lor din Europa, societatea americana dovedind un apetit mai mare pt tehnologie.
Spre deosebire de acumulatorii cu acid, bateriile Nichel-Cadmiu, sau, mai pe scurt, nicad sau Ni-Cd, au inlocuit electrolitul lichid cu un material solid. Avind o energie specifica dubla fata de predecesorii lor cu acid (dar cam jumatate din cea a bateriilor de unica folosinta), si o tensiune la borne de 1.2V, acumulatoarele Ni-cd au devenit un candidat fezabil pt inlocuirea bateriilor de unica folosinta, chiar daca nu le egalau inca energia specifica. Astfel, milioane de acumulatori nicad s-au „tras” de-a lungul timpului in formate cilindrice, de la marimile A la D, chiar si cele miniaturizate (AA si AAA), alimentind zi de zi lanternele (sau noapte de noapte?!) si, mai apoi, echipamentele electronice.
In practica s-a constatat ca acest tip de acumulatori manifesta o scadere a capacitatii in cazul aplicarii repetate a unor proceduri de incarcare "gresite", dar foarte larg utilizate. Aceste probleme au primit in mod generic denumirea de „problema acumulatorilor lenesi”, sau „efectul de memorie”. Din fericire, efectul de memorie poate fi evitat daca se aplica periodic un ciclu de descarcare completa si se evita supra-incarcarea sistematica a bateriilor. Intre timp insa, efectul de memorie a devenit un mit (urban, cum spun anglofonii) printre utilizatorii de baterii reincarcabile. Despre acest fenomen voi discuta mai pe larg cu o alta ocazie, acum am sa continui prin a va spune ca elementul chimic Cadmiu este toxic pt mediul inconjurator. In plus, in epoca walkman-ului si a camerelor video pt neprofesionisti, energia specifica inca mica (in comparatie cu cea a bateriilor de unica folosinta) si timpii mari de incarcare au „constrins” cercetatorii sa inventeze noi tehnologii.
Acumulatorii nichel - hidrida metalica (Ni-MH)
Astfel ca in 1986 americanul Stanford Ovshinsky, fondatorul firmei Ovonics, a patentat o varianta mai performanta de acumulatori pe baza de nichel, si anume varianta Ni-MH (nichel – metalic hidryde). Noii acumulatori posedau o energie specifica cu 50% mai mare decit fratii lor mult mai virstnici, ceea ce nu era deloc de neglijat. Din pacate, industrializarea noii tehnologii a ratat momentul expansiunii automobilului electric (nu din vina bateriilor, evident). A prins, in schimb, epoca de expansiune a laptop-urilor si a telefoanelor mobile, din partea a doua a anilor 90.
Telefoanele mobile au profitat din plin de tehnologia ni-mh (ce mai conteaza ca, de fapt, a fost invers !). Dupa ce, initial, telefoanele GSM foloseau acumulatori nicad sau chiar baterii de unica folosinta, spre sfirsitul anilor 90 majoritatea aparatelor foloseau acumulatori ni-mh.
La laptop-uri insa, fiabilitatea scazuta a unui set compact de celule de alimentare a devenit foarte deranjanta, bateriile ni-mh stricindu-se in masa dupa cca un an de zile. Acest comportament se explica prin faptul ca o baterie de acumulatori continea un nr. de 8-12 celule ni-mh inseriate. Era suficient sa cedeze una singura din set si, fiindca bateria nu era demontabila astfel incit sa permita schimbarea elementului bolnav, in scurt timp intregul set devenea inutilizabil.
In acest context, Sony a introdus in scena o noua clasa de acumulatori, menita sa deserveasca cel mai energofag consumator miniaturizat al momentului: camera video.
Acumulatorii cu litiu (Li-ion)
au revolutionat domeniul alimentarii autonome. Avind o energie specifica dubla fata de acumulatorii ni-mh si de 3 ori mai mare decit acumulatorii nicad, acumulatorii Li-ion (litiu-ion), construiti pe baza tehnologiei patentate de Sony in 1991, au o durata de incarcare de doar citeva ore. Practic, cu doar doua seturi de acumulatori, puteai filma non-stop: daca aveai acces la o sursa de 220V, unul din acumulatori se putea incarca inainte ca cel din camera video sa se epuizeze !
Nu este insa vorba doar despre densitatea de energie. Acumulatorii li-ion mai prezinta un avantaj la fel de mare: tensiunea electrica la borne este de 3,7 V adica de 3 ori valoarea unei celule nicad/nimh. Asta inseamna ca o singura celula poate deservi de una singura un telefon mobil, triplind teoretic fiabilitatea bateriei. La fel si la computerele portabile. Mai mult chiar, la laptop-urile mai recente bateria a devenit mai complicata, avind 3 grupuri inseriate de cite 2 celule in paralel. Fiabilitatea setului s-a marit astfel considerabil: chiar daca un element cedeaza, acumulatorul va continua sa alimenteze laptop-ul la jumatate din capacitate, dar tot asigura un interval rezonabil de autonomie de 1-2h. Fata de bateriile ni-mh, era un mare pas inainte.
In exploatare insa, lucrurile nu sint chiar idilice. Acumulatorii li-ion imbatrinesc, capacitatea micsorindu-li-se simtitor in timp. Desi nu prezinta „(d)efectul de memorie” specific acumulatorilor cu nichel, fiecare descarcare completa scade din capacitatea bateriilor. In plus, cu cit temperatura mediului este mai mare, cu atit pierderea capacitatii este mai pregnanta. Pare incredibil, dar pierderea capacitatii aproape se dubleaza la o dublare a temperaturii mediului ambiant de la 20 °C la 40 °C. Mai mult, simpla stocare a acestora la 25 °C are ca efect scaderea cu cca 20% a capacitatii dupa un an de zile. Interesant este faptul ca valoarea scaderii capacitatii este de numai 4% pe an, daca acumulatorul li-ion este incarcat la un nivel de 40%.
In continuare...
In aceasta a 2-a pagina dedicata acumulatorilor am aflat ca la ora actuala coexista pe piata doua clase de acumulatori ce deservesc aparatura electronica miniaturizata: clasa pe baza de nichel ci cea pe baza de litiu. Fiecare are alte probleme specifice si solicita alt tip de ingrijire in ceea ce priveste incarcarea. Data viitoare vom afla mai in detaliu ce este „efectul de memorie”, cum poate fi contracarat si ce reguli putem respecta astfel incit sa prelungim viata acumulatoarelor noastre, fie ca le folosim zi de zi, fie ca vrem sa le depozitam pe o perioada mai lunga.
wwwebografie
1) www.electronics-lab.com
2) www.wikipedia.org
3) batteryuniversity.com
4) www.nicadbatteries.org
5) www.infoworld.com
vizitatori.
Site alternativ: sorin-p.xhost.ro