Julkaistu Jätä kommentti

Kuinka pilaat akkusi?

akun kapasiteetti laskee

Miksi akun kapasiteetti laskee? Miksi vanha akku ei enää pidä virtaa?

Puhelimesi akku kesti vielä vuosi sitten normaalikäytössä vuorokauden, mutta nykyisin ei edes puolta päivää? Latauksessa oleva puhelin ilmoittaa olevansa ladattu, mutta hetken päästä akun varaustaso onkin vain 70%? Miksi akun käyttöön tulisi kiinnittää huomiota?

Tässä artikkelissa on tarkoituksena perehtyä akkujen toimintakuntoisuuteen sekä niiden lataamiseen liittyviin seikkoihin, joilla on varsinkin pidemmällä aikavälillä suuri merkitys akun elinikään. Mikäli et halua lukea koko artikkelia, lopussa on yhteenveto artikkelissa käsitellyistä asioista.

Aloitetaan perehtymällä hieman akun toimintaperiaatteeseen:

  1. Miten akku tuottaa virtaa?

Puhuttaessa akusta tarkoitetaan kahdesta tai useammasta akkukennosta koostuvaa kokonaisuutta. Akkukennot ovat yleensä pakattuina metallisen tai muovisen pakkauksen sisään. Kun tähän pakkaukseen lisätään vielä positiivinen sekä negatiivinen napa, on meillä käsissämme pakkaus, joka näyttääkin jo akulta.

Akkukenno tuottaa kemiallisen reaktion avulla sähkövirtaa. Mitä useampi akkukenno akussa on, sitä enemmän virtaa se pystyy tuottamaan. Mutta millainen on kemiallinen reaktio, joka akkukennossa tapahtuu?

Yksittäisen akkukennon pääosat ovat positiivinen elektrodi eli katodi (punaisella), negatiivinen elektrodi eli anodi (vihreällä) sekä nämä erottava kemikaali, jota kutsutaan elektrolyytiksi (harmaalla). Kun katodi sekä anodi yhdistetään toisiinsa johtavalla materiaalilla, kuten esimerkiksi metallijohtimella (sinisellä), alkaa akkukennossa tapahtumaan kemiallisia reaktioita: toinen näistä reaktioista tuottaa elektroneja sekä positiivisesti varautuneita ioneja anodissa. Positiiviset ionit virtaavat elektrolyyttiin, kun taas elektronit virtaavat ulkoista piiriä (anodin ja katodin yhdistävää johdinta) pitkin katodiin.

Mikäli ulkoiseen piiriin on yhdistettynä jokin sähköllä toimiva laite, kuten lamppu, elektronit saavat lampun syttymään virratessaan ulkoista piiriä pitkin. Samaan aikaan katodissa tapahtuu toinen kemiallinen reaktio, jossa sinne saapuvat elektronit yhdistyvät ionien kanssa.

Edellä mainittua prosessia kutsutaan akun purkautumiseksi. Kun akku tuottaa sähkövirtaa, kemikaalit akkukennojen sisällä vähitellen muuttuvat toisenlaisiksi kemikaaleiksi. Tämän seurauksena kennon kyky tuottaa virtaa hiipuu, kennon varaus hiljalleen laskee, kunnes ajan myötä kenno on virraton.

Kun akkua ladataan, muuttuvat purkautuessa tapahtuvat toiminnot päinvastaiseksi: elektronit virtaavat katodista anodiin.

  1. Kaksi vuotta vanhan älypuhelimen akun suorituskyky on vain varjo entisestään?

Akun toimintaperiaate on pääpiirteittäin sama akun tyypistä riippumatta (litiumakku, nikkeliakku, lyijyakku jne.). Akun purkaminen ja lataaminen kuluttavat sitä, jonka vuoksi akku ajan myötä kuluu käyttökelvottomaksi.

Yksi tapa mitata akun kestävyyttä on tarkastella kuinka monta lataussykliä akku kestää. Esimerkiksi tyypillinen litiumioniakku kestää noin 300-500 latauskertaa riippuen hieman akun käyttötarkoituksesta, sekä akun rasituksesta. Tämän jälkeen akku ei vielä ole käyttökelvoton, mutta sen maksimikapasiteetti on laskenut alle 80%:iin alkuperäisestä. Tätä laskua ei pysty estämään – mutta sitä voi kiihdyttää käyttämällä akkua väärin.

Tarkastellaan hieman akun toimintakunnon laskua seuraavan kuvan avulla. Kuvassa on kuvattuna perinteinen paristo, mutta sen voi ajatella minkälaiseksi akuksi tahansa – toimintaperiaate on sama.

Kuvassa akku on jaettu aktiiviseen sekä kuolleeseen osaan.

Aktiivinen osa koostuu käytettävissä olevasta energiasta, eli kuinka paljon akussa on virtaa. Lisäksi aktiivisessa osassa voi olla tyhjä alue, joka on mahdollista ladata täyteen. Akun kuolleesta osasta on syytä olla huolissaan: sitä ei pysty lataamaan, eikä se varastoi energiaa. Lisäksi se on rasite akun aktiiviselle osalle.

Akun toimintakuntoisuus alkaa laskemaan hiljalleen jo sen ensimmäisestä päivästä. Kuten aiemmin mainittiin, akun purkautuessa akkukennojen sisältämät kemikaalit muuttuvat toisenlaisiksi kemikaaleiksi. Suurimmassa osassa nykyaikaisia akkukennoja itsepurkautuminen on onneksi minimaalisen pientä.

Litiumioniakkujen osalla purkautuminen tarkoittaa muun muassa akkukennon hapettumista osana normaalia käyttöä. Kun akku ladataan, se palauttaa tämän reaktion lähtöpisteeseen – melkein. Akun lataaminen palauttaa akun hyvin lähelle lähtöpistettään, josta akun purkautuminen alkoi. Osa akkukennon sisällä muuntuneesta kemikaalista kuitenkin jää muuttuneeseen tilaan pysyvästi, muodostaen kulmakiven kuolleen osan kasvulle.

Akun kapasiteetti laskee

akun kapasiteetti laskee

Toisin sanottuna, uutta akkua ensimmäistä kertaa ladattaessa akku palautuu 99,9 prosenttisesti alkuperäiseen tilaan verrattuna. Huomion arvoista on se, että akku näyttää varaustasokseen kuitenkin 100%. Kun akku seuraavan kerran ladataan, se latautuukin enää vain 99,8 prosenttisesti alkuperäiseen tilaansa verrattuna – akun ilmoittaessa edelleen varaustasokseen 100%. Tämän vuoksi erityisesti älypuhelimien osalta on hyvä muistaa, että akku on kulutustavaraa – kun akun kapasiteetti ja teho hiipuu, on aika ostaa uusi akku, ei välttämättä puhelinta.

Edellä mainitun syyn lisäksi akun kapasiteettia voi laskea esimerkiksi litiumioniakkujen osalta akkukennojen varauksen ylläpitäminen (varastointi) vastoin valmistajan ohjeistusta. Li-ion akkukennon varaus tulisi olla yli 3.92V/kenno (noin 70% ladattuna), tai akkukennon sisällä oleva elektrolyytti alkaa kiinteytyä, muodostaen seinämiä anodin eteen, estäen reaktion grafiittisessa anodissa.

Tämä lisää kennon sisäistä resistanssia, kiihdyttäen akun kulumista. Tämän vuoksi litiumakkua ei saa käyttää tyhjäksi! Itse asiassa litiumioniakkua on paras käyttää sen varaustilan ollessa 30% – 80%.

Myös akkukennon varauksen ylläpitäminen yli 4.10V/kenno tai akun lämpötilan ollessa korkea alkaa akkukennon sisällä oleva elektrolyytti hiljalleen hapettua katodissa. Tämä voi johtaa äkilliseen kapasiteetin putoamiseen. Tämän vuoksi litiumioniakun pitämistä jatkuvassa latauksessa tulisi välttää. Käytä litiumakkujen lataukseen älylaturia, joka tunnistaa akun tarpeet.

Mikäli akkusi on päässyt kuolemaan, lue uuden akun valinnasta artikkelissamme: Paras 18650 akku? Miten valita oikea akku

 

  1. Mitä asioita tulisi pitää mielessä, jotta et heikentäisi akun toimintakykyä omalla toiminnallasi?

Akun toimintakyvyn ylläpitämiseen ei liity mustaa magiaa tai ydinfysiikkaa, akku käyttäytyy itse asiassa monin tavoin kuten ihminenkin: se pitää siististä, kevyestä sisätyöstä sekä tasaisesta, huoneenlämpöisestä lämpötilasta, mutta toimii myös vaihtelevissakin olosuhteissa – lyhyemmän aikaa tosin.

Kun otat käyttöösi uuden akun, on hyvä tiedostaa, että se ei ole vielä saavuttanut täyttä potentiaaliaan kapasiteettinsa suhteen – se saavuttaa sen vasta muutaman latauskerran jälkeen. Tämä tarkoittaa siis sitä, että uudella akulla on tehtaalta tullessaan käytössä yleensä noin 85% sen kapasiteetista, mutta muutaman latauskerran jälkeen se nousee 100%:iin tai ainakin hyvin lähelle sitä.

Tämän vuoksi uutta akkua käyttöön otettaessa olisi hyvä – mikäli mahdollista, kuormittaa nousujohteisesti: aloita akun käyttö pienellä kuormalla, lataa se, kasvata kuormaa, lataa uudestaan. Tätä kutsutaan myös akun sisäänajoksi. Akun sisäänajo pätee useimpiin akkutyyppeihin.

Litiumioniakkujen valmistajat toteavat, että heidän akkunsa ovat täydessä potentiaalissaan jo alusta alkaen, mutta käyttäjäkohtaisten kokemusten perusteella akusta on saatavissa tehoa irti pienellä sisäänajolla erityisesti, mikäli akkua on varastoitu pitkään.

Akun varastointi

Kun et käytä akkua, säilytä sitä suht kuivassa 15°C – 20°C lämpötilassa. Älä päästä akkua jäätymään, sillä se vahingoittaa akkukennojen sisäisten molekyylien molekyylirakennetta pysyvästi. Lataa ja ylläpidä varastoitavaa akkua 50-70% kapasiteetistaan, riippuen hieman akkutyypistä. Tämä estää haitallisen akun syväpurkautumisen, joka tapahtuu, kun akun varaustaso laskee alle 2,5V.

Akkua käytettäessä tulisi kiinnittää huomiota ympäröiviin olosuhteisiin – ääriolosuhteet kuten kylmä ja kuuma ovat haitallisia akulle. Akun kyky tuottaa virtaa laskee lämpötilan mukana kemiallisten reaktioiden hidastuessa akkukennojen sisällä. Kun käytät älypuhelintasi kylmässä, voi puhelimesi yhtäkkiä ilmoittaa akun olevan loppu ja sammua. Akkusi varaustaso ei kuitenkaan kylmällä putoa dramaattisesti 70 prosentista nollaan prosenttiin: akkusi ei kykene hidastuneiden kemiallisten reaktioiden vuoksi tuottamaan tarpeeksi virtaa puhelimellesi, jotta se pystyisi jatkamaan toimimistaan, jolloin puhelimesi tulkitsee akun olevan tyhjä ja sammuttaa itsensä suojellakseen akkuasi.

Kun akun lämpötila kohoaa kuormituksen tai ulkoisen lämpötilan johdosta, akkukennojen sisällä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden resistanssi eli vastus kasvaa, jolloin akun jännite laskee. Pitääkseen jännitettä yllä akku joutuisi tekemään enemmän töitä, joka kasvattaa akun lämpötilaa, jolloin resistanssi lisääntyy. Näin meillä onkin oravanpyörä valmiina. Lopputuloksena akun jännite kuitenkin laskee nopeasti, jolloin akun varassa oleva laite sammuu jännitteen laskiessa.

Akun lataaminen

Akun lataaminen oikein
Käytä akkujen lataamiseen sopivaa laturia, mielellään sellaista joka päättelee sopivan latausvirran itse ja päättää latauksen automaattisesti. Löydät meidän älylaturitarjonnan Li-Ion akuille klikkaamalla kuvaa.

 

Akun lataamiseen liittyy erilaisia valmistajan suosituksia akkutyypistä riippuen. Jotkin akut, kuten lyijyakku, eivät ole nirsoja latauksen suhteen: mikäli laturin tuottama jännite on sopiva, akku voi olla laturissa pitkiäkin aikoja ilman, että akku vaurioituu. Nikkelipohjaisia (Ni-Cd, Ni-MH) akkuja ei kuitenkaan tulisi pitää latauksessa turhaan (tulee kysymykseen varastoitaessa akkua).

Litiumioniakku ei vahingoitu, vaikka akkua ei lataisi täyteen ja latauskerrat olisivat satunnaisia. Mikäli laturi ei lataa yksittäistä akkukennoa yli 4.20V, ei akku vahingoitu, vaikka se olisi laturissa akun ollessa täysi.

Litiumioni- sekä nikkeliakkuihin on saatavilla niin kutsuttuja pikalataustapoja, jotka lataavat akun 50%:iin asti vain puolessa tunnissa. Pikalatauksen osalta on syytä tiedostaa, että siinä missä normaalissa latauksessa akkukennossa tapahtuva palautuminen on rauhallinen, pikalatauksessa tätä vaihetta nopeutetaan.

Pikalatauksessa on vaarana, että prosessissa syntyy sivureaktioita, jotka heikentävät akun kuntoa. Tämän vuoksi ”fast charge” ja ”ultra charge” ovat metodeina riskialttiita, jonka vuoksi niitä tulisi välttää. Näitä kahta ei tule sekoittaa kolmanteen, yleiseen metodiin, ”rapid charge”, joka on akulle melko turvallinen.

Katso meiltä älykkäät akkulaturit sekä li-ion akuille, että ladattaville paristoille: proakku.fi/monitoimilaturit/

akun huolto ja kapasiteetti

 

  1. Yhteenveto

 

  • Akku tuottaa virtaa kemiallisten reaktioiden avulla. Tämä kuluttaa akkua, minkä vuoksi akulla on oma elinikänsä.
  • Akku koostuu kahdesta tai useammasta akkukennosta. Akkukennon sisällä on positiivinen elektrodi katodi, negatiivinen elektrodi anodi sekä näiden välillä oleva kemikaali, elektrolyytti.
  • Akun elinikää mitataan sen kestämillä latauskerroilla. Esimerkiksi tyypillinen litiumioniakku kestää 300 – 500 latauskertaa, ennen kuin sen kapasiteetti on laskenut alle 80%:iin alkuperäisestä. Akun tarjoamia latauskertoja et pysty kasvattamaan, mutta oikealla toiminnalla pystyt maksimoimaan latauskertojen määrän. Voit myös väärällä toiminnalla vähentää latauskertoja – huomattavan määrän.
  • Akku voidaan jakaa sen toimintakuntoa tarkasteltaessa kahteen osaan, aktiiviseen sekä kuolleeseen. Aktiivinen osa on tervettä akkua, kuollut osa puolestaan osuus, jota ei enää pysty hyödyntämään ja joka vie akusta kapasiteettia.
  • Pitääksesi yllä akkusi toimintakuntoa, ota huomioon seuraavat seikat:
    • Uusi akku on hyvä ajaa sisään – aloita akun kuormittaminen kevyellä kuormalla ja kasvata sitä nousujohteisesti, lataa akku, kun sen varaustaso on laskenut alle 40%:iin.
    • Varastoi akku kuivassa ja noin 15°C – 20°C ja lataa se noin 40-60%:iin, riippuen hieman akkutyypistä. Tarkkaile akun varaustasoa ja lataa tarvittaessa.
    • Vältä akun käyttämistä ja lataamista, kun akku on kylmä tai kuuma. Muista, että myös ympäröivät olosuhteet vaikuttavat – kylmällä säällä myös akun lämpötila laskee, kuumalla se puolestaan nousee.
    • Ota selvää, miten akun valmistaja on ohjeistanut akkutyypin lataamisen – väärällä akun lataustavalla voit pilata akkusi nopeastikin.
    • Valitse mieluiten älylaturi – saat eniten irti akuistasi. Luotettavat älylaturit TÄÄLTÄ
    • Vältä ”fast charge” ja ”ultra chrage” lataustapaa. ”Rapid charge” on turvallisin pikalataus.

Muista, että useimmat akut voivat saada uuden elämän kennottamalla! Tutustu TÄÄLTÄ kennotus- ja kustomakku-palveluumme. Jos tarvitset uusia 18650 akkuja, lue lisää artikkelistamme: Miten valitsen oikean akun?

 

Proakku – Jesse

 

Lähteet

  1. batteryuniversity.com

Kommentoi