Obecné informace o bateriích

A) Olověné akumulátory

Olověné akumulátory se vyznačují převážně krátkodobým odběrem vysokého proudu. Tato vlastnost je, například, pro startovací baterie vozidla a nezbytná. Pro nízkou spotřebu energie po delší dobu, doporučujeme speciální záložní. trakci nebo solární baterie.Jmenovité napětí článku je 2 V, napětí, nicméně, se liší v závislosti na stavu nabití. Nabíjecí a vybíjecí napětí je v rozsahu 1,75 a 2,4 voltů.

Chcete-li nabít  danou baterii měl by být použit také vhodný nabíječ (nabíječka), aby se zabránilo škodlivému přebíjení a omezilo plynování. Pro olověné akumulátory je vhodný regulátor nabíjení  který poskytuje maximální nabíjecí proud, dokud napětí článku nedosáhne typické hodnotu 2,3 ??až 2,35 voltů, po té se udržuje konstantní napětí.

Olověné akumulátory by se neměly zcela vybibíjet (napětí jednoho článku pod 1,8 V) u trakčních baterií pod 1,7V/článek (blokové baterie jsou uvnitř konstrukčně rozděleny na články po 2V na dané jmenovité napětí baterie. Maximální vybití by nemělo klesnout pod 80% kapacity baterie, to odpovídá měrné hustotě elektrolytu ~ 1,16 g / cm ?. Pod tuto hodnotu, baterie je považována za zcela vybitou a je vhodné ji nabít ihned jakmile je to možné.

Druhy olověných akumulátorů 

Olověné baterie mohou být vyrobeny jako mokré baterie otevřené a uzavřené s tekutým elektrolytem. Uzavřený bezúdržbový VRLA (ventilem řízených olověných, volně přeloženo jako: Lead-Acid baterie s přetlakovým ventilem).

Startovací baterie

Olověné baterie určené pro startování nejsou navržené pro hluboké vybití – mají velký počet tenkých elektrod kvůli co největší ploše a tím co největšímu proudu, ale hlubokým vybitím mohou být snadno poškozeny. Opakované hluboké vybití způsobí ztrátu kapacity. Startovací baterie se skladují odpojené a měly by se pravidelně dobíjet podle doporučení výrobce (např. každé 3 měsíce), aby se předešlo sulfataci.

Trakční baterie

Speciální baterie navržené pro hluboké vybití mnohem méně podléhají opotřebení elektrod při vybíjení a nabíjení a používají se tam, kde se baterie pravidelně vybíjejí a nabíjejí – fotovoltaické systémy, golfová vozítka, elektrické automobily atd. Tyto baterie mají tlusté elektrody, které nejsou schopny dodat tak velký proud, jako startovací baterie, ale vydrží časté a hluboké vybíjení.

Staniční baterie

Speciálně vyvinuté baterie sloužící jako trvalý záložní zdroj pro elektrické systémy. Nejčastěji známé systémy pro použití jsou UPS systémy pro zálohování zabezpečovacích zařízení, počítačů, serwerů, vysílačů apod. Baterie se vyznačují schopností trvalého nabíjení aby byly stále připravené k zálohování. Toto je však vykoupeno neschopností cyklického provozu. Baterie tak nelze použít namísto trakčních nebo startovacích baterií. Životnost akumulátorů je dle typu 5-10let u blokových baterií, u stacionárních až 20let (baterie jsou cyklické a slouží i jako zdroj ve fotovoltaice)

Charakteristika VRLA baterií jsou:

Články jsou spojeny víky v jeden celek s vyvedením na přetlakový ventil. 
Klasické údržbové olověné baterie nemají bezpečnostní ventil. Konvenční olověné baterie musí být pravidelně v provozu plněny v jednotlivých článcích destilovanou vodou, která se odpařuje při plynováníí a rovněž upravuje koncentraci kyseliny. To není  u baterií VRLA možné a ani nutné. Baterie VRLA jsou hermeticky uzavřené baterie.

V případě kdy je třeba zabránit tomu, že baterie je nabíjená po dlouhou dobu příliš vysokým napětím a vzniká vysoká hodnota tlaku plynu uvnitř baterie, začnou pojistným ventilem unikat z prostoru baterie ven. Při tomto nedochází k úniku par, ty jsou recyklačními víky vraceny zpět do prostoru baterie.

Cykly a životnost Pb baterií

Olověný akumulátor má omezení, které spočívá v tom, že když je delší dobu – řádově dny – ponechán v nedostatečně nabitém (případně vybitém) stavu, tak na jeho elektrodáchdochází k tzv. sulfataci, která výrazně snižuje jeho kapacitu. Proto poté, co je olověný akumulátor používán, je potřeba ho brzy dobít. Sulfatací rozumíme postupný vznik krystalického síranu olovnatého přeměnou z amorfního síranu, který vznikl na elektrodách při vybíjení. Zmíněný pokles kapacity v důsledku sulfatace je způsoben tím, že na rozdíl od původního amorfního síranu, se vzniklé krystaly zúčastňují přeměn aktivní hmoty elektrod jen ve velmi omezené míře. Kapacitu sulfatací zasaženého akumulátoru je ve větší nebo menší míře možné obnovit postupem zvaným desulfatace. Ta spočívá v upraveném nabíjení (např. pomocí krátkých pulzů většího proudu), které převádí krystalický síran zpět na aktivní hmoty elektrod. Funkcí desulfatace jsou vybaveny některé "inteligentní" nabíječky olověných akumulátorů.

1. Akumulátory s kapalným elektrolytem 

Olověný akumulátor je sekundární galvanický článek s elektrodami na bázi olova, jehož elektrolytem je kyselina sírová.Hlavní výhodou olověných akumulátorů je schopnost dodávat vysoké rázové proudy. Tato vlastnosti, spolu s jejich nízkou cenu, je atraktivní např. pro startování automobilu. Vyrábějí se v kapacitách řádově od 1 do 10 000 Ah.

Elektrolytem v olověných akumulátorech je vodou zředěná kyselina sírová (H₂SO₄) o koncentraci přibližně 35% obj. u plně nabitého akumulátoru. Tento roztok může být z technických důvodů nasáknutý do vaty ze skelných vláken (AGM) nebo ztužený do formy gelu.

Vybíjením se aktivní hmota záporné i kladné elektrody přeměňuje na síran olovnatý (PbSO₄) a elektrolyt je ochuzován o kyselinu sírovou a obohacován o vodu. Při vybíjení tedy klesá koncentrace elektrolytu a naopak při nabíjení jeho koncentrace roste.

2. Gelový akumulátor (GEL)

Gel - akumulator, i gel baterie, je konstrukce olověné baterie, která má elektrolyt -  kyselinu sírovou ve formě gelu. Tento typ baterií je zcela uzavřen, a proto není možné doplnit vodu. Tento typ je také známý jako SLA (Sealed Lead Acid) baterie.

Vnitřní odpor gelových akumulátorů olověných kyselinových je vyšší než u srovnatelných neuzavřených olověných akumulátorů. Jsou proto méně schopné poskytovat vysoké proudy při odběru, jaké  jsou vyžadovány v aplikacích jako jsou startovací baterie. Vynikající vlastnosti si vak uchovává při odběru malých proudů po delší čas vybíjení a hodí se pro solární aplikace, elektro-pohony a záložní systémy. 

3. Absorbent Glass Mat (AGM)

AGM je nejnovější konstrukce olověné baterie, ve které je elektrolyt obsažený v rouně skelných vláknech. Tato pokročilá technologie byla vyvinuta, aby splňovala nejvyšší bezpečnost, maximální účinnost a extrémně delší životnost než u jiných stávajících typů baterií. AGM materiál má velmi nízký elektrický vnitřní odpor, přičemž si zachovává vyšší energetickou účinnost, stejně jako u mokré nebo gelové baterie.

Baterie  se můžou vybíjet vysokými proudy, jako je tomu u otevřené verze mokré baterie. Proto jsou často používány jako startovací baterie do vozidel a lodí (bez úniku kyseliny při převrácení nebo překlopení).

Kromě toho, AGM, ale jsou také vhodné pro aplikace s nízkou spotřebou energie odebíranou po dlouhou dobu s mnoha cykly nabití a vybití. Je však třeba také poznamenat, že ani AGM baterie není vhodné hluboce vybíjet, protože toto vede k zkrácení životnosti baterie. Proto se hlubokému vybíjení vyvarujte.

B) LiFePO4 Lithium-železo-fosfátový akumulátor

V LiFePO₄ bateriích se využívá chemických reakcí s Lithiem a sdílí mnoho vlastností s rozšířenými lithium iontovými bateriemi (akumulátory). Mezi klíčové výhody LiFePO₄ je bezpečnost (odolnost proti tepelným únikům) a schopnost dodávat vysoký proud při špičkových odběrech. Tvrdí se, že nižší náklady jsou hlavním rozdílem, ale v současné době (duben 2009) lze na trhu najít převážně baterie vyráběné v Číně, což se promítá do ceny náklady na dopravu a vysokou poptávkou.

Zatímco články využívající LiFePO₄ mají nižší napětí a energetickou hustotu v porovnání s obvyklými LiCoO₂ Lithium-iontovými akumulátory, tato nevýhoda je časem vykompenzována pomalejším snižováním maximální kapacity. Uvádí se, že LiFePO₄ článek má už po roce v užívání zhruba stejnou energetickou hustotu jako obvyklý LiCoO₂ Lithium-iontový akumulátor.

• Napětí článku = minimální vybíjecí napětí = 2,8 V. Pracovní napětí = 3,0 V až 3,3 V. Maximální nabíjecí napětí = 3,6 V.
• Volumetrická (objemová) energetická hustota = 220 Wh/L
• Gravimetrická energetická hustota = 90+ Wh/kg [1]
• Cyklů do 80% stavu kapacity při hlubokém vybíjení (na úroveň vybití 100%)= 2000 - 7000 (Počet cyklů do degradace baterie na 80 % její původní udávané kapacity)

Specifikace

• Napětí článku = minimální vybíjecí napětí = 2,8 V. Pracovní napětí = 3,0 V až 3,3 V. Maximální nabíjecí napětí = 3,6 V.
• Volumetrická (objemová) energetická hustota = 220 Wh/L
• Gravimetrická energetická hustota = 90+ Wh/kg.
  
• Cyklů do 80% stavu kapacity při hlubokém vybíjení (na úroveň vybití 100%)= 2000 - 7000 (Počet cyklů do degradace baterie na 80 % její původní udávané kapacity)

C) Li-lon Lithium-iontový akumulátor

Lithium-iontová baterie (zkráceně Li-Ion baterie) je druh nabíjitelné baterie běžně používané ve spotřebitelské elektronice. Kvůli vysoké hustotě energie vzhledem k objemu se výborně hodí pro přenosná zařízení. V současnosti je to v této oblasti asi nejvíce používaný typ. Chemický princip je velmi podobný jako v lithium-polymerových bateriích.

Výhody

• Může být vyrobena v různých tvarech.
• Velmi vysoká hustota energie – 200 Wh/kg, 530 Wh/l – třikrát vyšší hodnota než starší typy jako Ni-MH.
• Tím pádem můžeme mít baterii s relativně vysokou kapacitou a malým objemem a hmotností.
• Téměř žádné samovybíjení (do 5 %).
• Nemá paměťový efekt.
• Není ji třeba formátovat – několikrát nabíjet a vybíjet před prvním použitím.
• Vysoké nominální napětí: 3,7 V
• Životnost 500–1200 nabíjecích cyklů.

Nevýhody

• Baterie stárne, tedy ztrácí maximální kapacitu nehledě na to, jestli je nebo není používána (již od výroby). Rychlost tohoto stárnutí se zvyšuje s vyšší teplotou, vyšším stavem nabití, a vyšším vybíjecím proudem/zatížením.
• Nebezpečí výbuchu nebo vznícení při nesprávném používání (zkratování, nabíjení na vyšší kapacitu než je baterie schopna pojmout).
• Vadí jí úplné vybití. Když se dostane pod napětí 2,8 V, je velmi těžké ji znovu „oživit“.
• Proto baterie, která je dlouhou dobu ponechána vybitá, může „zemřít“ (sama se vybít pod přípustnou hodnotu).

Jak prodloužit životnost

• Nenechávejte zbytečně dlouho plně nabité nebo úplné vybité baterie stát.
• Také je neudržujte stále při 100% nabití. Při 40% nabití je životnost zhruba 3x delší^[.
• Nevybíjejte do úplného vybití. (tzn. když zařízení hlásí vybitou baterii, nesnažte se ji zbytečně dále vybíjet) Je mnohem lepší ji dvakrát vybít na 50 % než jednou na 0 %.
• Optimálně skladujte záložní baterii v chladu (ne v mrazu, oproti 25 °C prodloužíte životnost přibližně 2x).
• Preferujte málo hřející zařízení (jako notebook a mobil) a nenechávejte je v horkém autě.

D) NiCd Nikl-kadmiový akumulátor