Julkaistu Jätä kommentti

Tulevaisuuden akut

akut tulevaisuudessa li-ion korvaaja

Tulevaisuuden akut tarjoilevat lupaavat ennennäkemätöntä suorituskykyä. Oletko koskaan miettinyt, miksi ladattava paristosi on juuri litiumionia tai litiumpolymeeriä? Miten akkuja voi kehittää?

Erityisesti litiumioniakut ovat kantaneet akkuteollisuutta niiden tultua markkinoille 1990-luvulla. Tämän jälkeen akkujen kehitys on pohjautunut enimmäkseen litiumioni akkujen parantamiseen, mutta varsinainen kehitysloikka on antanut odottaa itseään miltei 30 vuotta. Kyse ei ole yrittämisen puutteesta, vaan markkinoiden luomista tiukoista vaatimuksista. Ilmoituksia uusista innovaatioista tulee viikoittain, mutta useimmat ovat taloudellisesti kannattamattomia tai liian epävakaita laajaan käyttöön.

Missä viipyy sähköauto 1000 km toimintamatkalla? – Akun valmistamiseen liittyvät haasteet

Teknologinen innovointi ei yksinään riitä, jos akusta ei saada tehtyä tarpeeksi edullista valmistaa. Menestyäkseen markkinoilla akkujen täytyy läpäistä tiukat turvallisuuskriteerit sekä tarjota riittävä kapasiteetti/kestävyys suhde hintaan nähden.

Akkujen tuotteistaminen

Akun toimivuutta ja käytettävyyttä arvioitaessa keskitytään kahdeksaan osa-alueeseen, joissa kaikissa akun tulee täyttää vaaditut kriteerit. Nämä osa-alueet ovat:

1) Kapasiteetti.

Mitä pidemmän aikaa akussa riittää virtaa latauksen jälkeen, sitä parempi.  Tätä osa-aluetta kuvaa akun ampeeritunti Ah. Mitä isompi Ah on, sitä kauemmin akku tuottaa virtaa. Kapasiteettia lisätään yleensä purkuvirran kustannuksella ja toisinpäin.

2) Purkuvirta.

Tämä kertoo, kuinka paljon virtaa akku on suunniteltu luovuttamaan käytössä. Sähköiset työkalut vaativat yleensä suuremman purkuvirran, jonka vuoksi akkujen kapasiteetti puolestaan on pienempi.

3) Edullinen hinta.

Valmistamisen muodostamat kulut pyritään peittoamaan massatuotannolla. Massatuotanto puolestaan vaatii, että akulle on tiedossa laaja käyttäjäkunta markkinoilla. Uusi teknologia nostaa aluksi tuotantokustannuksia, erityisesti korkean suorituskyvyn akuissa.

4) Pitkä käyttöikä.

Käyttöikä on yksi tärkeimpiä osa-alueita koskien erityisesti isoja, kalliimpia akkupaketteja. Nykyiset sähköautot saavat moitteita niiden akuista, jotka kestävät tällä hetkellä noin 8–10 vuotta. Mikäli näiden akkujen kestävyys saataisiin nostettua 20 vuoteen, sähköautojen käyttö olisi huomattavasti nykyistä kannattavampaa, vaikkakin kyseinen akku olisi hiukan kalliimpikin.

Nykyiset li-ion akut kestävät noin 500-1000 uudelleenlatausta riippuen käytöstä. Vanhempi akkukemia Ni-MH taas voi kestää 2000 uudelleenlataustakin, mutta ne painavat enemmän pienemmällä energiatiheydellä.

5) Turvallisuus.

Akkuihin liittyviä turvallisuusriskejä huomioidaan jatkuvasti aiempaa tarkemmin, jonka seurauksena myös käyttöturvallisuuden takaamiseksi on laadittu erilaisia säädöksiä akun toimivuutta koskien. Turvallisuusnäkökulma on yksi yleisin heikko lenkki uusissa kokeellisissa akuissa.

Esimerkiksi Li-Po akku voidaan muotoilla miltei mihin muotoon tahansa. Akussa on myös korkea energiatiheys (suuri kapasiteetti vs koko), mutta sen käyttöä rajoittaa mekaaninen heikkous. (katso alempi gif)

Li-Po akku tulipalo

6) Laaja käyttöympäristö.

Yksikään akku ei kestä pitkiä aikoja kylmiä tai kuumia lämpötiloja. Valmistajat ovat suunnitelleet akuille suojaavia eristekerroksia paremman pakkaskestävyyden vuoksi, mutta nykyiset akkukemiat menettävät jokatapauksessa ominaisuuksia kuumassa ja kylmässä.

7) Myrkyllisyys.

Ympäristösyistä kadmium- ja elohopeapohjaiset akut ovat poistuneet jo käytöstä ja korvattu uusilla metalleilla. Euroopassa samaa yritetään myös lyijyhappoakuille, mutta tälle ei ole löydetty taloudellista korvaajaa, jolla olisi sama suorituskyky.

Nikkeli- ja litiumpohjaiset akut sisältävät vähän myrkyllistä materiaalia, mutta muodostavat silti saastumisvaaran, mikäli ne hävitetään huolimattomasti. Tulevaisuuden akun tulisikin sisältää entistä vähemmän ympäristölle haitallisia materiaaleja, joka muodostaa valmistajille suuren haasteen. Katso Proakku artikkeli akkujen kierrättämisestä tästä.

8) Nopea latausaika.

Fast charging” eli pikalataus on akkujen uusin trendi. Kaikki akkumateriaalit eivät tue pikalatausta, kuten lyijyhappoakku. Pikalataus vaatii tarkat olosuhteet toimiakseen, esimerkiksi akun on oltava huoneenlämpöinen ja hyväkuntoinen. Korkeilla virroilla lataaminen kuluttaa akkua huomattavasti, ellei latausta tehdä “älykkäästi,” esimerkiksi 80% varauksessa latausvirtaa tiputetaan akun säästämiseksi.

Valmistajien haasteena onkin sellaisen akun suunnittelu, joka mahdollistaa myös entistä nopeat latausajat tinkimättä akun käytettävyydestä tai turvallisuudesta.

Kaikki kriteerit täyttävä akku

Useat kehitteillä olevat akkuinnovaatiot täyttävät tai ylittävät tiettyjen osa-alueiden kriteerit, mutta jäävät vajaaksi toisilla. Tämä käytännössä estää akun myymisen kuluttajille ennen kuin akku kehitetään tasapainoisemmaksi.

Esimerkiksi litium-ilma (Li-air) teknologialla toimivan akun teoreettinen kapasiteetti olisi 13kWh/kg, kun litiumioniakun vastaava kapasiteetti olisi 265 Wh/kg – Li-air-akulla olisi siis melkein viisinkertainen kapasiteetti. Toisaalta akku kestäisi tällä hetkellä vain 50 lataussykliä, jonka vuoksi sitä ei kannata tuoda markkinoille.

Mikäli haluat kerrata akkukemian merkityksen ja ymmärtää anodit ja katodit, lue artikkelimme: Kuinka pilaat akkusi

Myrkyttömyys vai akku, joka sitoo hiilidioksidia latautuessaan? – Tulevaisuuden akut

Akkuteollisuuden keskuudessa käydään tällä hetkellä kovaa kilpailua siitä, kuka saa markkinoille litiumioniakun korvaajan. Kilpailu on raakaa, sillä akkujen valmistamisessa tulee huomioida yhä enemmän ympäristöystävällisyys. Tämä vielä edellämainittujen kahdeksan kohdan lisäksi. Silti akkuprototyyppejä on jo valmistettu, joista osa on lupaavia.

Tässä muutama esimerkki akuista, joita saatamme nähdä lähivuosina:

Myrkytön sinkki-mangaani Zn–Mn

Australiassa patentoitu akku hyödyntää myrkyttömiä sinkkiä ja mangaania tuottaakseen korkean energiatiheyden omaavan akun. Akussa on myös vesipitoinen elektrolyytti, joka estää sen syttymisen palamaan. Akun hinnan arvioidaan olevan alle 9 euroa /kWh, kun nykyinen li-ion akku kustantaa noin 265 euroa / kWh.

Akku on tarkoitettu kohteisiin, joissa akun paino, koko ja turvallisuus ovat tärkeimmät tekijät – eli erityisesti autoihin, ilmailualuksiin kuin myös koti- ja liiketalouksiin. Jo olemassa olevista sinkki-mangaaniakuista tämä akku eroaa mahdollistamalla uudelleenlatauksen, kierrätyksen sekä korkean energiatiheyden.

Akun kehittäjän mukaan tarve varastoida kestävällä tavalla tuotettua energiaa turvallisesti ja kustannustehokkaasti kasvaa joka päivä. Nykyiset akkumateriaalit, kuten litium, lyijy ja kadmium, eivät pärjää varsinkaan ympäristöystävällisyydessä. Sinkki-mangaaniakku tuottaisi tavan varastoida energiaa suuremmalla skaalalla kuin nykyiset ratkaisut.

http://theleadsouthaustralia.com.au/industries/technology/new-battery-technology-could-slash-the-cost-of-electric-vehicles/

Hiilidioksidia sitova akku

Mitä jos akkusi näyttäisikin tältä? Hiilidioksidia sitova akku.

Uusinta vihreää teknologiaa edustava, Massachusettsin Teknologian Instituutin (MIT) kehittämä, akkuratkaisu kykenee sitomaan itseensä hiilidioksidia ilmasta. Varsinaisen materiaalit eivät edusta tässä akussa uutta ja innovatiivista teknologiaa, vaan akun toimintaperiaate.

Akkukennot ovat rakennettu liuskamaisiksi, hieman erilleen toisistaan, mahdollistaakseen ilmavirran akuston läpi. Akun latautuessa sen läpi virtaa ilmaa, josta akkukennot pienen sähkövirran ja kemiallisen reaktion avustamana sitovat itseensä ilmavirran mukana olevaa hiilidioksidia. Näin ollen akun toisesta päästä tuleva ilma on puhtaampaa. Kun akku purkautuu, se luovuttaa siihen sitoutuneen hiilidioksidin pois. Tämä puhdas hiilidioksidi voidaan käyttää esimerkiksi kasvihuoneiden kasveille tai kuplavirvoitusjuomien valmistukseen.

Toisin sanoen, akun latautuessa akku sitoo ympäröivästä ilmasta hiilidioksidia ja purkautuessaan vapauttaa puhdasta hiilidioksidia teollisuuskäyttöön tai varastoitavaksi. Näin ilman puhdistamiseen tarvitaan vain sähköä. Verrattuna muihin hiilidioksidia sitoviin menetelmiin, akku on itseasiassa melko energiatehokas 278 kWh / sidottu hiilidioksiditonni.

http://news.mit.edu/2019/mit-engineers-develop-new-way-remove-carbon-dioxide-air-1025

 

Metalliton akku

Vedyllä toimivien kuorma-autojen valmistaja Nikola Motor on kertonut kehittävänsä akkua, joka tulisi mullistamaan sähköautoalan. Uusi akku omaisi kaksinkertaisen energiatiheyden, olisi 60% kevyempi ja puolet halvempi kuin nykyinen Teslan käyttämä litiumioniakku. Akkupaketti käyttäisi täysin uusia kennoja, jotka eivät käytä nikkeliä, kobolttia tai myrkyllisiä metalleja, joita tyypillisesti löytyy litiumioni-kennoista.

Uuden teknologian akku nostaisi sähköautojen toimintamatkaa nykyisestä noin 480 kilometristä aina 960 kilometriin per latauskerta. Akun koko ja paino kasvaisivat vain vähän, jos ollenkaan. Koska materiaalia ei tarvitse louhia, akku on edullisempi. Uusi kenno olisi tarkalleen 50% halvempi / kWh:a kohden kuin litiumioniakku. Lisäksi kaivostoiminnan ympäristöhaitat vähenevät.

Nikola ei ole paljastanut yksityiskohtia, mutta prototyypin pitäisi tulla 2020 vuoden lopulla. Valmistajan mukaan muut tekivät virheen yrittäessään löytää ratkaisun olemassa olevista teknologioista, kun puhtaalta pöydältä suunnittelu mahdollistaa voittavan akkuteknologian.

https://www.forbes.com/sites/alanohnsman/2019/11/19/hydrogen-truckmaker-nikola-claims-it-has-breakthrough-battery-techand-doesnt-care-if-youre-skeptical/#27e5669c157a

 

Tulevaisuuden akkumateriaalit merivedestä

Yhdysvaltalainen IBM Research-instituutti on kehittämässä akkua, joka metallittoman akun tavoin poistaisi tarpeen raskaiden metallien, kuten koboltin ja nikkelin käytölle. Uudella akkukemialla IBM pyrkii eroon raskasmetallien kaivostoiminnan saatavuus- ja eettisistä ongelmista (lapsityö, korruptio, saastuttavuus). Mielenkiintoisin seikka akussa on käytettävien materiaalien erottelu merivedestä.

Ensimmäisten testien perusteella todettiin, että kyettäisiin ohittamaan litiumioniakku alhaisemmalla hinnalla, nopeammalla latausajalla, korkeammalla teho- ja energiatiheydellä sekä elektrolyytin alhaisella syttyvyydellä.

Akun katodi ei käytä siis nikkeliä eikä kadmiumia ja sen elektrolyytti on turvallista nestettä, jolla on korkea leimahduspiste. Innovaatio lupaa suurta potentiaalia erityisesti sähköautoalalle, jossa akun syttyvyys, hinta sekä latausaika näyttelevät suurta roolia. IBM:n akun luvataan saavuttavan 80% varaustaso ainoastaan viiden minuutin latausajalla. Lisäksi akku kyetään suunnittelemaan pitkäikäiseksi, joka tekee siitä hyvän vaihtoehdon esimerkiksi uusille energiainfrastruktuureille, joissa säilyvyys ja stabiilius ovat pääroolissa.

https://www.ibm.com/blogs/research/2019/12/heavy-metal-free-battery/

akut tulevaisuudessa uudet teknologiat

Trendit kehittävät akkuja

Ympäristöystävällisyys akkujen valmistamisessa, käytössä sekä uusiokäytössä on yksi suurimpia akkuteollisuuteen vaikuttavia trendejä. Taistelussa elinympäristömme säilymisen puolesta tulevaisuuden akkujen tulee olla raskasmetallivapaita, mutta tarjoten kuitenkin ennennäkemätöntä potentiaalia käyttäjälleen. Akun raaka-aineiden tulee olla uusiutuvia, kestävällä tavalla hankittuja mutta akun tulee olla silti halvempi kuin koskaan ennen, jotta se kykenee syrjäyttämään vanhat, ympäristölle haitalliset akkumallit. Tehtävä ei ole helppo.

Akun valmistaminen ympäristöystävällisesti ja kestävällä tavalla on mahdollista, niin kuin kävi ilmi aiemmin mainituista innovaatioista. Akun massatuotanto ja sen vienti markkinoille on kohta, jossa varsinaiset haasteet iskevät: akun tulee täyttää kaikki vaadittavat osa-alueet, jotta se voidaan laskea tuotantoon. Lisäksi uusien akkujen rakentamiseen vaadittavat tehtaat ja tuotantolinjat vaativat vielä massiiviset panostukset.

Millainen on tulevaisuuden vastine litiumioniakulle?

Todennäköistä on, että raskasmetallit akun kennoissa tulevat korvautumaan jollain uusiutuvalla materiaalilla. Akun elinkaareen ei enää kuulu raaka-aineiden louhimista huonoissa olosuhteissa lapsityövoimalla ja sen kierrättäminen ja uusiokäyttö on entistä helpompaa. Raskasmetallien korvaaminen muilla materiaaleilla mahdollistaa nyt rajoituksien, kuten toimintamatkan, rikkomisen esimerkiksi sähköautojen osalta. Akkujen tarjotessa pidemmän käyttöajan entistä halvemmalla ja varmemmin, vähentyy myös bensiini- ja dieselmoottoreilla toimivien autojen tarve.

Tulevaisuuden akun pitäisi siis tarjota meille kaikkea enemmän, ympäristöystävällisemmällä tavalla.

Akkuteollisuudessa tapahtuva muutos ei rajoitu pelkästään akkuihin ja niiden käyttäjiin, vaan sillä on koko maapalloa koskeva vaikutus. Sähköautojen yleistyessä saastuttavat polttomoottorit vähenevät, energian varastointi suuressa mittakaavassa vähentää saastuttavaa energiantuotantoa ja akkujen uusiokäyttö vähentää tarvetta louhia raaka-aineita alati kasvavan kysynnän tarpeisiin.

Tämän vuoksi ladattavien akkujen ja paristojen suosiminen jo tänään niin käyttäjien, kuin jälleenmyyjienkin toimesta, ajaa akkuteollisuutta vääjäämättömästi entistä nopeammin kohti seuraavaa, vihreää akkua. Korvaa sinäkin kertakäyttöparistot ladattavilla akuilla ja vähennät jätekuormaa.

Proakku – Jesse

Lähteet:

 

  1. https://batteryuniversity.com/
  2. http://theleadsouthaustralia.com.au/industries/technology/new-battery-technology-could-slash-the-cost-of-electric-vehicles/
  3. http://news.mit.edu/2019/mit-engineers-develop-new-way-remove-carbon-dioxide-air-1025
  4. https://www.forbes.com/sites/alanohnsman/2019/11/19/hydrogen-truckmaker-nikola-claims-it-has-breakthrough-battery-techand-doesnt-care-if-youre-skeptical/#27e5669c157a
  5. https://www.ibm.com/blogs/research/2019/12/heavy-metal-free-battery/
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