Akku

Neljä nikkelimetallihydridiakkukennoa

Akku (alun perin akkumulaattori < lat. accumulare "kasata") on laite, joka varastoi sähköenergiaa sähkökemiallisessa muodossa. Ladattaessa akku muuttaa sähköenergian kemialliseksi energiaksi ja purettaessa takaisin sähköenergiaksi. Sanalla akku tarkoitetaan yleisesti sekundäärikennoja, jossa purkauksen aikana tapahtuu ensiksikin primäärireaktio, jossa sähköenergia vapautuu. Sen lisäksi tapahtuu sekundäärireaktio, jossa purkauksessa vapautuneet yhdisteet sitoutuvat kemiallisesti akkuun. Näin reaktiot ovat myös käänteisiä, eli akku voidaan jälleenvarata. Paristoissa sen sijaan tapahtuu vain primäärireaktio ja reaktiotuotteet sitoutuvat esimerkiksi imeytymällä kennon materiaaleihin. Näin ollen reaktiot eivät ole kahdensuuntaisia. Paristoja sanotaan myös primäärikennoiksi. Akku-sanaa voidaan käyttää myös energian säilömisestä paineeseen esimerkiksi paineakkuun tai muulla tavalla, esimerkiksi vauhtipyörään.

Kemiallisessa sähköparissa jännitesarjan mukaan vähemmän jalo metalli syöpyy elektrolyyttiin jalomman pelkistyessä levylle. Esimerkiksi tyhjän lyijyakun molemmat lyijylevyt ovat peittyneet lyijysulfaatilla ja ladattaessa akun positiivinen napa hapettuu lyijyoksidiksi ja negatiivinen napa pelkistyy lyijymetalliksi ja lyijysulffaatin rikkiosa rikkihapoksi.

Historia

Gaston Planté kehitti vuonna 1859 lyijyakun kahdesta lyijykelmusta, jotka oli eristetty kumisuikaleilla ja upotettu 10-prosenttiseen rikkihappoon.

2000-luvulla akkutekniikan kehitykseen on vaikuttanut muun muassa jaksollisien energialähteiden kuten tuulivoiman ja aurinkoenergian lisääntynyt käyttö.

Akkutyyppejä

Perusjako

Akut voidaan jakaa perinteisiin akkuihin ja litiumakkuihin. Perinteiset akut jaetaan kahteen perusryhmään niissä olevan elektrolyytin mukaan:

• happoakku, jossa elektrodit ovat lyijyä
• lipeäakku, jossa elektrodit ovat nikkeliä, kadmiumia, rautaa tai metallihydridiä.

Elektrolyytti voi olla nesteen sijaan hyytelöä tai erityyppistä polymeeria.

Kiinteän olomuodon akuissa (engl. solid state) ei ole lainkaan nesteitä sisällä.

Akut voivat käyttää nesteitä tai kaasua virtausakkuna, jolloin akkujen valmistus eroaa merkittävästi.

Elektrolyyttimateriaalien mukaan

• lyijyakku
• suljettu lyijyakku (lyijyhyytelö tai AGM)
• nikkelikadmiumakku (NiCd)
• nikkelimetallihydridiakku (NiMH)
• litiumioniakku (Li-ion)
• natriumioniakku
• litiumpolymeeriakku (LiPo)
• Magnesium-antimoniakku
• sinkki-bromiakku
• rikki-natriumakku

Käyttötarkoituksen mukaan

Käynnistysakku. 12 volttia, 50 ampeerituntia.

• käynnistysakku
• paikallisakku
• vapaa-ajan akku
• sähkövarasto

Nikkelikadmiumakku (NiCd)

Nikkelikadmiumakku keksittiin alun perin jo vuonna 1899. Waldemar Jungner ja Thomas Alva Edison saivat patentit lipeäakulle lähes samanaikaisesti. Molemmilla oli useita patentteja lipeäakkuihin: Jungnerilla NiCd-akuille: Swed. Pat. No. 8,558 (1897), 10,177 (1899), 11,132 (1899), 11,487 (1899) ja 15,567 (1901, Huom: FeOH) sekä Ger.Pat 110,210 (1899). Edisonilla NiFe-akuille: Ger.Pat 157,290 (1901, U.S. Pat. No. 678,722 (1901), 692,507 (1902). Avoin NiCd-akku on ollut teollisuuskäytössä keksimisestään lähtien. Suljettu NiCd-akku patentoitiin jo 1930-luvulla (Dassler ym., Ger.Pat. 674,829, 1933). Kuluttajamarkkinoille se tuli vasta 1950-luvulla, kun oivallettiin negatiivisen massan ylimitoituksen vaikutus vedyn kehityksen vähentämiseksi. NiCd-akku on vanhimpia markkinoilla edelleen olevia akkutyyppejä.

NiCd-akun positiivinen elektrodi on valmistettu nikkelihydroksidista ja negatiivinen kadmiumista. Nikkelihydroksidin valmistuksessa käytetään jauhemetallurgista 255-tyyppistä nikkelijauhetta.^{lähde tarkemmin?} Elektrolyyttinä on kaliumhydroksidiliuos. Vaikka uusia akkutekniikoita on viime aikoina kehitetty, ovat myös NiCd-akkujen ominaisuudet kehittyneet. Kapasiteetti on kasvanut ja muisti-ilmiötäkin on saatu vähennettyä.

Syksystä 2009 alkaen EU:n alueella direktiivin 2006/66/EY mukaan NiCd-akkuja ei ole saanut käyttää kuluttajatuotteissa. Käyttö on sallittua vain erikseen ilmoitetuissa käyttötarkoituksissa, koska kadmium (Cd) on ympäristölle ja ihmisille erittäin vaarallinen myrkky.

Ominaisuudet

NiCd-akun kestoikä on suuri oikein käytettynä. NiCd-akun virranantokyky on suuri: akkua voidaan kuormittaa yli 10 C:n virralla (eli esimerkiksi 1,2 Ah:n akkua 12 A:n virralla), ja hetkellisesti akku kykenee antamaan vielä huomattavan paljon suurempiakin virtapulsseja, koska sen sisäinen resistanssi on matala. Tämän vuoksi NiCd-akkuja käytetään paljon virtaa tarvitsevissa työkaluissa, esimerkiksi porakoneissa. Käyttölämpötila-alue on laaja, ja akku antaa virtaa hyvin pakkasellakin, koska elektrolyytti toimii vain virrankuljettimena eikä osallistu reaktioon. Suljettuja NiCd-kennoja valmistetaan erilaisilla tekniikoilla ja ominaisuuksilla monenlaisiin käyttötarkoituksiin. Esimerkkinä voidaan mainita nappikennot, jotka valmistetaan massatekniikalla, ja sylinterimäiset kennot, jotka valmistetaan sintraustekniikalla. Sylinterimäisiä kennoja valmistetaan myös suuremmille käyttölämpötiloille (+70 °C). NiCd-akku kestää muita akkutyyppejä paremmin väärinkäyttöä, esimerkiksi ylilatausta ja syväpurkausta. Se ei ole arka syväpurkauksille eikä vahingoitu, vaikka sitä pidetään varaamattomana pitkäänkin.

Lataus ja käyttö

NiCd-akkujen itsepurkaus on suhteellisen suuri, eikä niissä siksi ole uutena täyttä kapasiteettia. Ensimmäisellä kerralla akkua pitää ladata pitkään (yleensä 24 tuntia). Täysi kapasiteetti saavutetaan vasta 2–3 lataus- ja purkauskerran jälkeen. Kapasiteetti vähenee käytön ja latauskertojen myötä, mutta NiCd-akku kestää noin 800–1 000 varaus-purkausjaksoa.

NiCd-akku kestää pikalatausta (n. 1 h) mikäli lämpötila on 5–45 °C. Akku ottaa latausta vastaan alhaisemmissakin lämpötiloissa, mutta kehittää kaasuja, jotka nostavat painetta kennojen sisällä. Tämän vuoksi kylmässä olisi käytettävä hidaslatausta sopivan latausajan ollessa 10 tunnin luokkaa. Kuumemmassa kuin 45 °C akku ei ota vastaan latausta täyden kapasiteetin edestä, vaan esimerkiksi 60 °C:ssa saavutettava varaustaso on enää 50 % nimellisestä kapasiteetista. Myös akun lataaminen kuumemmaksi kuin 45 °C lyhentää akun ikää.

Kun NiCd-akun napajännite latauksessa kääntyy laskuun, voidaan akun katsoa olevan täyteen varattu. Tällöin sen lämpötila on alkanut nousta, mikä aiheuttaa akun sähkömotorisen voiman alenemisen. Hyvälaatuinen latauslaite tunnistaa nämä ilmiöt ja lopettaa pikalatauksen siirtyen hitaaseen ylläpitolataukseen. Vaikka NiCd-akku kestääkin ylilatausta, sitä ei kannata pitää pitkiä aikoja ylläpitovarauksessa, vaan akku tulisi mieluummin ottaa käyttöön.

NiCd-akun yksi huono puoli on muisti-ilmiö: mikäli akkua puretaan jatkuvasti samanmääräisesti eikä pureta välillä tyhjäksi, sen sähkönvarauskyky eli kapasiteetti alenee käytettyyn purkausmäärään. Muisti-ilmiö esiintyy vain sintratuissa NiCd-akuissa. Muisti-ilmiö johtuu akkukennojen elektrodien aktiiviaineen kahden arvoisen oksidin muutoksesta alempiasteiseksi ja sitä kautta materiaalikiteiden muutoksesta alemman energiatason kiderakenteeseen, joka aiheuttaa purkausjännitteen alenemisen. Se näkyy akun purkausjännitteessä noin 0,2 voltin ylimääräisenä alentumisena. Tämä ilmiö huomattiin ensimmäistä kertaa, kun NiCd-akkuja käytettiin satelliittien testauksessa.. Simuloitaessa satelliitin toimintaa sen ollessa maan pimeällä puolella akut purkaantuivat vain osittain, ja kun virtaa sitten olisi tarvittu enemmän, se ei onnistunutkaan, sillä akut olivat "oppineet", kuinka tyhjäksi ne yleensä käytetään. Muisti-ilmiö on myös puhelimen käyttäjälle varsin epämiellyttävä tuttavuus: akun kapasiteetti ikään kuin häviää jonnekin. Muisti-ilmiön voi välttää purkamalla akun aika ajoin kunnolla tyhjäksi (siten että kennojen napajännite laskee 1 V:iin) ja varaamalla akut taas täyteen. Nykyisille NiCd-akuille, jotka ovat päivittäisessä käytössä, pitäisi yhden kuukausittaisen "tyhjennysharjoituksen" riittää. Jos akkua ei ole hoidettu asianmukaisesti ja se on päässyt huonoon kuntoon, sitä voi elvyttää purkamalla akun pienellä virralla hitaasti hyvin tyhjäksi (U < 0,6 V) ja lataamalla sen sitten normaalisti täyteen. Jos täyttä akkua säilytetään käyttämättä, se purkaantuu itsestään. 24 tunnin sisällä akku on menettänyt 10 % varauksestaan, ja normaalilämpötilassa itsepurkaus jatkuu sen jälkeen 10 % kuukaudessa.

Säilytys

NiCd-akkua voi säilyttää käyttämättä jopa viiden vuoden ajan. Parhaiten akku säilyy, kun se puretaan aivan tyhjäksi. Akkua ei missään tapauksessa pidä oikosulkea navoistaan. Pitkän säilytyksen aikana on tarpeen ladata ja purkaa akku silloin tällöin. Akkua tulee säilyttää kuivassa ja viileässä paikassa.

Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

NiCd-akut ovat ympäristölle kaikkein haitallisin akkutyyppi. NiCd-akun sisältämä kadmium on erittäin myrkyllistä jo pieninä pitoisuuksina, ja siksi NiCd-akut ovat ongelmajätettä. Suomessa käytetyt kannettavat paristot ja akut voi palauttaa niitä myyvään kauppaan tai kioskiin ongelmajätepisteen ohella. NiCd-akuille on olemassa kierrätysmenetelmä, jossa niiden sisältämät raaka-aineet otetaan talteen ja ohjataan uudelleenkäyttöön. NiCd-akkujen myrkyllisyyden vuoksi niiden käyttö uusissa laitteissa on kielletty. Nykyään uudet litium-polymeeriakut, joiden purkuvirta voi olla jopa 16 A, pystyvät korvaamaan NiCd-akut.

Nikkelimetallihydridi (Ni-MH)

Pääartikkeli: Nikkelimetallihydridiakku

1970-luvulla alettiin tehdä tutkimustyötä nikkelimetallihydridiakkujen kehittämiseksi ja 80-luvun lopulla NiMH-akku saatiin markkinoille. NiMH-kennossa positiivisena elektrodina on nikkelihydroksidi ja negatiivisena metallihydridi elektrolyytin ollessa kaliumhydroksidia.

Ominaisuudet

NiMH-akulla on suurempi varauskapasiteetti, mutta lyhyempi kestoikä kuin NiCd-akulla. Muisti-ilmiö vaivaa NiMH-akkuakin, mutta selvästi vähemmin kuin NiCd-akkua. Heikkouksina ovat matalampi virranantokyky (ulos saatavissa vähemmän energiaa per aikayksikkö) kuin NiCd-akuilla sekä suuri itsepurkaus; akun varauksesta purkautuu itsestään noin 20 % kuukaudessa. Jatkuvassa käytössä olevissa laitteissa kuten matkapuhelimissa tai kannettavissa tietokoneissa nämä huonot puolet eivät kuitenkaan ole merkittävä tekijä.

Pakkasella NiMH-akku ei kykene antamaan yhtä hyvin virtaa kuin NiCd-akku.

Lataus ja käyttö

NiMH-akku kehittää latauksen aikana lämpöä, eikä lataudu yhtä nopeasti kuin NiCd-akku. Ehdoton vähimmäislatausaika on 1 tunti.

NiMH-akun kestoikään vaikuttaa kuinka usein ja kuinka tyhjäksi akkua puretaan. Akun elinikää voi pidentää merkittävästi lataamalla akku ennen kuin se on kokonaan tyhjentynyt. Muisti-ilmiön eliminoiminen kuitenkin vaatii, että akku tyhjennetään ajoittain kokonaan. Lataus pitäisi suorittaa 10–45 °C:een lämpötilassa, sillä kylmemmässä kennojen sisäinen paine nousee latauksen aikana haitallisesti.

Säilytys

Pitkään käyttämättä jäävä NiMH-akku on parasta purkaa mahdollisimman tyhjäksi säilytyksen ajaksi. Säilytyslämpötila ei ole kovin kriittinen.

Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

NiMH-akku on ympäristölle haitallinen akkutyyppi. Se sisältää huomattavan määrän nikkeliä, joka on jo pieninä määrinä ympäristölle haitallista, joten NiMH-akut ovat ongelmajätettä. Paras tapa päästä niistä eroon on viedä ne paristojen ja akkujen keräyspisteeseen, joita on tyypillisesti kierrätyspisteissä ja kauppakeskusten yhteydessä. NiMH-akuille on olemassa Suomessa kierrätysjärjestelmä AkkuSer, jossa niiden sisältämät raaka-aineet otetaan talteen ja ohjataan uudelleenkäyttöön.

Litium-ioni (Li-ion, LiIon)

Pääartikkeli: Litiumioniakku

Litium on metalleista kevyin, sillä on suurin sähkökemiallinen jännite ja täten suuri energiatiheys. Mutta koska litium on luonnostaan epävakaata, 1980-luvulla kehitetyt litiummetallirakenteiset akut olivat hieman vaarallisia, eikä niitä voitu turvallisuussyistä ottaa kaupalliseen käyttöön. Alettiin kehittää vakaampaa litium-ioniakkua, joka on turvallinen, kunhan lataus, purkaminen ja akun käsittely suoritetaan asiamukaisesti. Ensimmäisenä Li-ion-akun sai markkinoille Sony vuonna 1991. Akun positiivinen elektrodi on valmistettu litiumoksidista ja negatiivinen grafiitista tai muusta hiilipohjaisesta aineesta. Elektrolyyttinä voi olla esimerkiksi etyleenikarbonaatti.

Ominaisuudet

Litium-ionikennon nimellisjännite on muita akkutyyppejä huomattavasti korkeampi: 3,2–3,7 V. Kapasiteettia painoon nähden on kaksin verroin NiCd-akkuun verrattuna. Li-ion-akku kykenee antamaan virtaa paremmin kuin NiMH, ja nykyään litium-ioniakku soveltuu jopa akkuporakonekäyttöön. Pakkasessa Li-ion-akku menettää tehoaan samaan tapaan kuin NiMH-akku. Li-ion-akkuja on ainakin kolmea tyyppiä sen mukaan, mistä negatiivinen elektrodi on valmistettu. Ominaisuudet vaihtelevat hieman sen mukaan. Li-ion-akun ikä on rajallinen: akku vanhenee, vaikkei sitä käytettäisikään. Muista akkutyypeistä poikkeavana hyvänä puolena on, että muisti-ilmiötä Li-ion-akussa ei esiinny ollenkaan. Akun kapasiteetti ei alene, olipa lataus kuinka epäjärjestelmällistä tahansa.

Lataus ja käyttö

Li-ion-akku ei siedä ylilatausta, vaan muuttuu epävakaaksi kehittäen lämpöä ja painetta. Myöskään akun oikosulkeminen tai purkaminen aivan tyhjäksi (U < 2,5 V) ei ole suositeltavaa. Latausaika voi olla jopa alle 1 tunnin, eikä akku juurikaan lämpene sen aikana. Lataus suoritetaan aluksi suuremmalla virralla, ja kun tietty jännitetaso on saavutettu, virtaa alennetaan siten, että jännite ei enää nouse. Lataus katkaistaan, kun latausvirta on pienentynyt 3 %:iin alkuperäisestä, eikä ylläpitolatausta suoriteta. Useimmissa akuissa on monimutkainen suojapiiri, joka katkaisee sähköisen yhteyden akkuun, jos se havaitsee yli- tai alijännitettä tai liian korkean lämpötilan. Ilman suojapiiriä akun lataaminen ja jopa käyttö on vaarallista räjähdysvaaran vuoksi. LiFePO4-litiumakut ovat suhteellisen turvallisia verrattuina muihin litium-tekniikoihin.

Säilytys

Li-ion-akut tulisi säilyttää varattuina; suositeltavin varaustaso on 70–90 %. Varaustaso ei saa päästä laskemaan niin alhaiseksi, että kennon napajännite putoaa alle 2,5 volttiin kolmea kuukautta pidemmäksi ajaksi. Jos niin pääsee käymään, osa akun kapasiteetista on mennyttä lopullisesti. Tällöin akku voi vuotaa ja sen lataaminen voi olla vaarallista. Toisinaan akun syväpurkaantuminen voi vaurioittaa sitä välittömästi. Tästä hyvänä esimerkkinä ovat kannettavien tietokoneiden akut, jotka voivat menettää suurimman osan kapasiteetistaan jo yksittäisen syväpurkautumisen yhteydessä. Syväpurkautumista estämään akussa on yleensä erillinen ohjainpiiri. Piiri ei kuitenkaan suojele akkua, mikäli se ensin käytetään tyhjäksi ja tämän jälkeen jätetään lataamatta, jolloin se syväpurkaantuu hyvinkin pian itsestään.

Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

LiFePO4-akku on ympäristöystävällinen, sillä siinä ei ole käytetty ympäristölle haitallisia raskasmetalleja. Akut tulee kierrättää viemällä ne paristojen- ja akkujenkeräyspisteeseen, joita on tyypillisesti kierrätyspisteissä ja kauppakeskusten yhteydessä. Li-ion-akuille on olemassa Suomessa kierrätysmenetelmä AkkuSer, jossa niiden sisältämät raaka-aineet otetaan talteen ja ohjataan uudelleenkäyttöön.

Natriumioniakku

Pääartikkeli: Natriumioniakku

Natriumioniakku on litiumionakkua painavampi ja kookkaampi heikomman energiatiheyden vuoksi, mutta natriumioniakku ei tarvitse harvinaisia maametalleja ja akun kustannukset ovat pienemmät.

Sinkki-bromiakku

Sinkki-bromiakussa sinkki kootaan hiilen päälle latausvaiheessa ja sinkki irtoaa nesteeseen latauksen purkamisvaiheessa. Sinkki-bromiakku ei voi syttyä tuleen ja kaikki sen materiaalit ovat kierrätettävissä. Sinkki-bromiakku on turvallisempi kuin litiumioniakku ja sinkki-bromiakku ei tarvitse harvinaisia raaka-aineita kuten litiumioniakku.

Rikki-natriumakku

Rikki-natriumakku käyttää yleisesti saatavia materiaaleja. Akun purkautuessa rikki pelkistyy polysulfideiksi natrium hapettuu, joka käännetään päinvastoin latauksessa. Käytön aikana akun lämpötila voi nousta 300 celsiusasteeseen, jolloin rikki ja natrium ovat nestemäisessä muodossa.

Lyijyakku

Pääartikkeli: Lyijyakku

Lyijyakku on ensimmäinen kaupalliseen käyttöön tullut akku, ja se on käytössä edelleenkin autoissa ja raskaissa sovelluksissa, kuten trukeissa. Akun elektrodit on valmistettu lyijystä, ja elektrolyyttinä on rikkihappoliuos. Ensimmäisen kaupallisen lyijyakun kehitti Gaston Plante jo vuonna 1859. Tämänmallisen akun levyt, jotka ovat puhdasta lyijyä, muokataan pitkällisellä varaus-purkausprosessilla. Vuonna 1881 Faure kehitti lyijyakkumallin, jossa valettuihin lyijyristikkoihin valssattiin pastamainen aktiiviaine. Tämän akkutyypin lyijyristikoiden lyijy on seostettu antimonilla valamisen helpottamiseksi. Molemmat akkutyypit ovat vieläkin teollisessa valmistuksessa. Ensimmäinen suljettu lyijyhappoakku oli "lyijyhyytelöakku". Siinä akkuhappoon on lisätty silikaattia (piitä) ja tuotannossa se on muokattu "geelimäiseen" olotilaan (SiO2). Toinen sovellutus VRLA-akusta eli niin sanotusta suljetusta lyijyakusta on toteutus, jossa happo on imeytetty lasikuitumattoon (AGM). Tavalliseen lyijyakkuun verrattuna erona on VRLA:n suljettu rakenne. Lyijyakkujen energiatiheys on matala, mikä rajaa käyttömahdollisuuksia.

Suljettu lyijyakku, eli VRLA-akku (Valve Regulated Lead Acid)

Ominaisuudet

VRLA-akut soveltuvat käyttöön, jossa akku sijaitsee yleisissä tiloissa (ei tarvita erillistä akkuhuonetta). Lyijyakku on suosittu vaihtoehto, kun hinta halutaan pitää edullisena eikä akun paino tai tila ole rajoittava tekijä. VRLA:ta käytetään nykyisin esimerkiksi UPS:issä, pyörätuoleissa ja hätävalaistuksessa. VRLA-akku voidaan valmistaa joko niin sanottuna putkilevyakkuna tai ristikkolevyakkuna. Ristikkolevyakuissa levyjen välinen etäisyys on pieni, jolloin akun sisäinen resistanssi on alhainen. Nämä akut valmistetaan yleensä AGM-tekniikalla. VRLA-akut soveltuvatkin hyvin paikallisakkukäyttöön, koska niiden itsepurkautuminen on hidasta ja niitä voidaan pitää ylläpitolatauksella täysinä. Kylmässä VRLA ei anna kovin hyvin virtaa. AGM-akkujen etuina lyijyhyytelöakkuihin verrattaessa ovat halvempi hinta ja parempi virranantokyky lyhyillä purkauksilla. Lyijyhyytelöakut valmistetaan yleensä putkilevyrakenteisina, jolloin levyjen etäisyys toisistaan on isompi kuin AGM-akuissa. Putkirakenteiset hyytelöakut kestävätkin hyvin pitkäaikaista purkausta. Niiden etuina on pidempi elinikä eli enemmän purkaus-varausjaksoja kuin AGM-akuilla. Nykyisin lyijyhyytelöakkuja käytetään enimmäkseen syklisissä käytöissä, kuten pyörätuoleissa, siivouskoneissa ja trukeissa.

Lataus ja käyttö

Lyijyakkujen latauslaitteiden ominaisuudet on määritelty standardissa DIN 41772.4. Trukkiakkujen yksinkertaisin latauslaite on niin sanotun Wa-käyrän mukainen laturi. Siinä latausvirta laskee lineaarisesti akkujännitteen noustessa. Latauslaitteen nimellisvirta määritellään akun nimellisjännitteen (2,0 V/k) arvolla. Kaasuuntumisjännitteellä (2,4 V/k) virran tulee olla 50 % nimellisarvostaan ja loppujännitteellä (2,65 V/k) noin 25 % nimellisarvostaan. W-käyrän mukaisen trukkiakkulaturin koko^selvennä on 80 % akun viiden tunnin purkausvirran arvosta. Paikallisakuille käytetään IU-laturia. Tällöin I kuvaa vakiovirtavaihetta (virtarajoitus) ja U vakiojännitevaihetta. Tyhjään tai vajaaseen akkuun latauslaite varaa nimellisvirtaa^selvennä. Kun akun varaustila nousee, nousee samalla akun napajännite ja lataus siirtyy vakiojännitevaiheeseen. Tyhjän akun varaaminen 80–85 %:iin kapasiteetista kestää noin 5–8 tuntia, ja täysi varaus saavutetaan 24 tunnissa. VRLA sietää rajoitettua pikalatausta, kunhan akun kennojännite ei pääse nousemaan yli 2,4 V:n. VRLA-akkuja ei saisi koskaan ladata normaalilla auton akkulaturilla, joka on tarkoitettu avoimille lyijyakuille. AGM-akkua ei saa purkaa alle jännitetason 1,50 V/kenno, vaan se olisi syytä ladata aiemmin. Akun kestoikä voi olla jopa tuhansia syklejä purkamisten syvyydestä ja ympäristöolosuhteista riippuen.

Säilytys

Lyijyakut tulee säilyttää aina täyteen varattuina viileässä paikassa. Tyhjäksi puretun akun levyt ovat peittyneet lyijysulfaattiin, joka on hyvä eriste. Normaalisti sulfaatin seassa on johtavia lyijy‑ tai lyijydioksidikiteitä. Pidempään säilytettynä sulfaattikiteet kuitenkin järjestäytyvät isoiksi rakeiksi. Tässä tilanteessa virta ei enää kulkeudu sulfaattiin eikä akku enää ota latausta vastaan (sulfatoituminen). Tyhjä akku voi myös jäätyä pakkasella, koska puretun lyijyakun elektrolyytti on lähes vettä.

Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

Lyijy on myrkyllistä ja haitallista ympäristölle. Lyijyakut tulee toimittaa ongelmajätteiden keräyspisteeseen, josta ne päätyvät raaka-aineiden kierrätykseen.

Taulukko akkujen ominaisuuksista

Tekniikka	Tyyppi	Jännitea	Energiatiheysb			Hyötysuhded	E/$e	Max purk.j	Its.purk.f	Lat.kert.g	Elinikäh	Etuja	Haittoja	Sovelluksetk	Käyt.alk.
		(V)	(MJ/kg)	(Wh/kg)	(Wh/L)	(%)	(Wh/$)	(% kok.)	(%/mo)	(#)	(vuosia)
Lyijy	Lyijyakku	2,1 tai 2,2	0,11–0,14	30–40	60–75	50–70 %	5–8		3–4 %	500–800		Hinta, tunnetut ominaisuudet, käyttövarma, vähäinen huoltotarve, kierrätettävissäy	Raskasl; varastointiq	Käynnistysakku	1859
	Huoltovapaa Geeli-lyijyakkui	2,105										Voidaan hyväksyä lentokonekuljetukseen		Trukki, siivoukoneet, sähköpyörätuolit,Aurinkopaneeli ja tuulivoimala käyttöön mökeille, jne.
	Huoltovapaa AGM-lyijyakkui	2,13				70–90 %			0,5–2 %	300–5 000	2–20	Voidaan hyväksyä lentokonekuljetukseen	Sisäisen rakenteensa vuoksi kallis	Käynnistysakku, aurinkopaneeli ja tuulivoimala käyttöön mökeille, jne.	1972
Nikkeli	Nikkeli-rauta-akku	1,2	0,18	50		65 %	5–7,3		20–40 %			Kestävä	Raskasl; lämpöt; hinta	Varmistus	1903
	Nikkeli-kadmium­­akku	1,2	0,14–0,22	40–60	50–150	70–90 %			20 %	1 500		Pitkä elinikä; nopea lataus	Raskasl; myrkyllinen; purkautuu itsestään, muisti-ilmiö	Käsityökalut	1946
	NiMH	1,2	0,11–0,29	30–80	140–300	66 %	1,37		20 %	1 000		Kevytl; Suuri kapasiteetti	Kallis; purkautuu nopeasti itsestään	Hybridiauto	1983
	Nikkeli-sinkki­akku		0,22	60	170		2–3,3					Kevytl	Lyhyt elinikä	Kevyet sähköautot
Litium	Litium-ioni­akku	3,6	0,58	160	270	99,9 %	2,8–5		5–10 %	1 200	2–3	Kevytl; vähäinen huoltotarve; hidas itsepurkaus;	Epävakaa; lämpötilan kestot; hinta; lyhyt elinikä	Kannettava elektroniikka	1990
	Litium-ioni­polymeeri­akku	3,7	0,47–0,72	130–200	300						~0,5	Ohut; kevytl	kuten yllä; latausongelmatx; kallis	PDA, RC-pienoismallit	1996
	Litium-rauta­fosfaatti­akku	3,25		80–120	170		0,7–1,6			2 000+	10+	Kevytl huoltovapaa; teho; energiatiheys; alhaiset materiaalikust.;	Uusi; saatavuus	hybridi‑ ja sähköautot	1997
	Litium-rikkilähde tarkemmin?	2,0		400								Kevytl			1994
	Nano­titanaatti­akku	2,3		90		87–95 %r	0,5–1,0			9 000–15 000	20+	Pitkä käyttöikä, turvallinen, suuri antoteho, hyvin nopeasti ladattavissa, alle 10 minuutissa, Lämpötila-alue −30 °C – +250 °C	Ei saatavissa, laboratorioasteella, matala Wh/kg,	Tulevaisuuden hybridi‑ ja sähköautot	2005
Ohutkalvo­litiumakku	?			350	959	?p				40 000
Virtaus	Vanadium-redox­akku	1,4–1,6		25–35								Nopea lataus korvaamalla elektrolyyttinen neste
Muut	Natrium-rikki­akku					89–92 %						Kevytl; halpa	temp>400 °Ct
	Sula­suola-akku			70–110lähde tarkemmin?			4,54			3 000+	8+	Kevytl; tehon anto		sähköautot?, sähköverkossa?

Taulukon viitteet

Taulukon pitämiseksi pienenä sen otsikoissa ja osin sisällössä on käytetty lyhenteitä, joiden selitteet ovat alla:

• ^a Nimellinen sähköparin jännite volteissa. Useimmat akut koostuvat useasta sarjassa olevasta sähköparista. Esimerkiksi auton 12 V:n akussa on 6 sähköparia, joista kukin antaa 2,0 V, joten kokonaisjännite on 12 volttia.
• ^b Energiatiheys = energia/massa ja energia/tilavuus
• ^d Latauksen/purkautumisen hyötysuhde (%)
• ^e Energiayksikkö/kuluttajahinta (W·h/US$)
• ^j Sallittu purkautumisaste, jotta on vielä ladattavissa
• ^f Itsestään purkautumisen määrä (% kuukaudessa)
• ^g Latauskertojen määrä
• ^h Käyttöikä
• ⁱ Geeli tai elektrolyyttimateriaali on absorboitunut lasikuituun.
• ^k Pääasiallisia käyttökohteita
• ^l "Raskas" ja "kevyt" viittaavat energiatiheyteen.
• ^p Testituotannossa
• ^q Ei voida varastoida lataamattomana
• ^r Riippuu latausasteesta
• ^t Lämpötilasta riippuvia ongelmia
• ^x Latausongelmia: jos akku puretaan alle tietyn jännitetason, akkua ei mahdollisesti enää sen jälkeen pystytä lataamaan. Myös yliladattu akku tulee epävakaaksi ja voi räjähtää.
• ^y 99 prosenttia lyijyakkujen lyijystä kierrätetään.

Katso myös

• Akkuhappo
• Akkulaturi
• Akkutesteri
• Akkuvesi
• Anodi
• Elektrodi
• Galvaaninen kenno
• Jännitelähde
• Katodi
• Kondensaattori
• Paristo
• Polttokenno
• Sisäinen resistanssi
• Virtausakku
• Voltan patsas

Lähteet

• Bode, Hans: Lead-Acid Batteries. Wiley, 1977. ISBN 0-471-08455-7 (englanniksi)
• Cloke, F. R. & Varta Batterie AG: Sealed Nickel Cadmium batteries. VDI-Verlag, 1982. ISBN 3-18-419071-4 (englanniksi)
• Falk, S. Uno & Salkind, Alvin: Alkaline Storage batteries. Wiley, 1969. ISBN 0-471-25362-6 (englanniksi)
• Linden, David: Handbook of Batteries & Fuel cells. McGraw-Hill, 1984. ISBN 0-07-037874-6 (englanniksi)
• Vinal, G. W.: Storage Batteries. Wiley, 1955. ISBN 0-471-90816-9 (englanniksi)
• Vincent, Colin: Modern batteries: An introduction to electrochemical power sources. E. Arnold, 1984. ISBN 0-7131-3469-0 (englanniksi)
• Witte, Erich: Blei- und stahlakkumulatoren. VDI-Verlag, 1977. ISBN 3-18-419039-0 (saksaksi)

Vanhaa kirjallisuutta

• Dr Strasser: Aus der Physik und Chemie des Bleiaccumulators (1912) (saksaksi)
• Roloff, Max: Der Elektrische Akkumulator (1914) (saksaksi)
• Turunen, W.: Akkumulaattorit (1913)

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Akut Wikimedia Commonsissa

• Uusikaupunki.fi: Akkujen kunnossapito (Arkistoitu – Internet Archive)
• Sanna Seppälä: Sähköautojen akkujen kemia, Metropolia Ammattikorkeakoulu, Insinöörityö, 13.1.2011 (pdf)