Paristo

Kemia akun sisällä

Akku voi olla yksi tai useampi kenno. Jokaisessa kennossa on anodi, katodi ja elektrolyytti. Elektrolyytti on tärkein materiaali akun sisällä. Se on usein eräänlainen happo, ja siihen voi olla vaarallista koskea. Anodi reagoi elektrolyytin kanssa tuottaen elektroneja (tämä on negatiivinen tai -pää). Katodi reagoi elektrolyytin kanssa ja ottaa elektroneja (tämä on positiivinen tai +-pää). Sähkövirta syntyy, kun johdin yhdistää anodin ja katodin, ja elektronit siirtyvät toisesta päästä toiseen. (Mutta akku voi vaurioitua pelkällä johtimella, joka yhdistää kaksi päätä, joten kahden pään väliin tarvitaan myös kuorma. Kuormitus on jotain, joka hidastaa elektronien kulkua ja tekee yleensä jotain hyödyllistä, kuten taskulampun hehkulamppu tai laskimen elektroniikka).

Elektrolyytti voi olla nestemäinen tai kiinteä. Akkua kutsutaan märkä- tai kuivakennoakuksi elektrolyyttityypistä riippuen.

Akussa tapahtuvat kemialliset reaktiot ovat eksotermisiä reaktioita. Tämäntyyppiset reaktiot tuottavat lämpöä. Jos esimerkiksi jätät kannettavan tietokoneen päälle pitkäksi aikaa ja kosketat sitten akkua, se on lämmin tai kuuma.

Ladattava akku ladataan kääntämällä akussa tapahtuva kemiallinen reaktio päinvastaiseksi. Ladattava akku voidaan kuitenkin ladata vain tietyn määrän kertoja (latausikä). Jopa sisäänrakennettuja akkuja ei voi ladata ikuisesti. Lisäksi joka kerta, kun akku ladataan uudelleen, sen kyky pitää lataus vähenee hieman. Ei ladattavia paristoja ei saa ladata, koska niistä voi vuotaa erilaisia haitallisia aineita, kuten kaliumhydroksidia.

Kennot voidaan liittää toisiinsa ja muodostaa suurempi akku. Yhden kennon positiivisen osan liittämistä seuraavan kennon negatiiviseen osaan kutsutaan sarjakytkennäksi. Kunkin akun jännite lasketaan yhteen. Kaksi kuuden voltin akkua sarjaan kytkettynä tuottaa 12 volttia.

Yhden kennon positiivisen ja toisen kennon positiivisen sekä negatiivisen ja negatiivisen kennon liittämistä toisiinsa kutsutaan rinnakkain kytkemiseksi. Jännite pysyy samana, mutta virta lasketaan yhteen. Jännite on paine, joka työntää elektroneja johtojen läpi, ja se mitataan voltteina. Virta on se, kuinka monta elektronia voi kulkea kerralla, ja se mitataan ampeereina. Virran ja jännitteen yhdistelmä on akun teho (wattia = volttia x ampeeria).

Rinnakkain kytketyt akut - esitetty kaaviossa ja piirustuksessa.

Akun koot

Paristoja on monenlaisia, eri kokoisia ja eri jännitteisiä.

AA-, AAA-, C- ja D-kennot, myös alkaliparistot, ovat vakiokokoisia ja -muotoisia, ja niiden jännite on noin 1,5 volttia. Kennon jännite riippuu käytetyistä kemikaaleista. Sähkövaraus, jonka se voi antaa, riippuu siitä, kuinka suuri kenno on, sekä siitä, mitä kemikaaleja se sisältää. Pariston antama varaus mitataan yleensä ampeeritunteina. Koska jännite pysyy samana, suurempi varaus tarkoittaa, että suurempi kenno voi tuottaa enemmän ampeereja tai toimia pidempään.

Historia

Ensimmäinen paristo keksittiin vuonna 1800 Alessandro Volta. Nykyään hänen akkunsa on nimeltään Volta-paristo.

Pienissä, nykyaikaisissa akuissa neste on sidottu eräänlaiseen tahnaan ja kaikki on suljettu suljettuun koteloon. Tämän kotelon ansiosta mikään ei voi valua ulos akusta. Suuremmissa akuissa, kuten auton akuissa, on edelleen nestettä sisällä, eikä niitä ole suljettu. Toisen maailmansodan aikana keksittiin eräänlainen akku, jossa elektrolyyttinä käytetään sulaa suolaa.

Paristotyypit

• Kuivakennot, kennot, jotka eivät sisällä nestettä (tai sisältävät immobilisoitua nestettä, kuten tahnaa tai geeliä) elektrolyyttinä.
• Primäärikenno, kennot, joita ei voi ladata uudelleen.
• Alkaliparisto, "alkaliparisto", ei ladattava
• Elohopeaparisto, ei ladattava
• Leclanche-akku, "super heavy duty", ei ladattava
• Litiumparisto, ei ladattava, "kolikkoparisto".
• Hopeaoksidiparisto, ei ladattava, kelloparisto.
• Voltaicin kasa, Allesandro Voltan ensimmäinen akku
• Toissijainen kenno, kennot, jotka voidaan ladata uudelleen.
• Suljettu lyijyakku
• Litiumioniakku, ladattava, käytetään matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa.
• Nikkelikadmiumparisto, "NiCd", ladattava
• Nikkelimetallihydridiparisto, "NiMH", ladattava
• Nikkeli-sinkkiparisto

• Märkäkennot, kennot, jotka sisältävät nestettä elektrolyyttinä.
• Lyijyakku, ladattava, auton akku
• Nikkeli-rautaparisto, ladattava, Edisonin paristo
• Polttokenno, joka latautuu polttoainetta lisäämällä

Auton akun näkymä ylhäältä

Vaihtoehtoja paristoille

Polttokennot ja aurinkokennot eivät ole akkuja, koska ne eivät varastoi energiaa sisäänsä.

Kondensaattori ei ole akku, koska se ei varastoi energiaa kemiallisessa reaktiossa. Kondensaattori voi varastoida sähköä ja tuottaa sähköä paljon nopeammin kuin paristo, mutta sen tekeminen yhtä suureksi kuin pariston, maksaa yleensä liikaa. Tutkijat ja kemiantekniikan insinöörit työskentelevät parempien kondensaattoreiden ja akkujen valmistamiseksi sähköautoja varten.

Pienet sähkögeneraattorit, joita käytetään käsin ja jalkaisin, voivat syöttää virtaa pieniin sähkölaitteisiin. Kelloradioissa, kellorasioissa ja vastaavissa laitteissa on myös mekaanista energiaa varastoiva vetojousi.