Tip:
Highlight text to annotate it
X
Kuinka lyijy-happo akku toimii EngineerGuy sarja #4
Luottamamme teknologian lisääntyvä määrä
jokapäiväisessä elämässä tekee kannettavista energialähteistä tärkeitä
maailmallemme tänäpäivänä.
Matkapuhelimet ja kannettavat tietokoneet toimivat
litium ioni akuilla, taskulamput alkali paristoilla
ja monet rannekellomme käyttävät hopea oksidista valmistettuja paristoja.
Tämä tässä, kuitenkin, saattaa olla tärkein niistä kaikista.
Tiedän, että nyt se vaikuttaa valtavalta ja vanhanaikaiselta laitteelta
se keksittiin 1800 luvulla,
mutta silti se saa maailmamme liikkumaan käynnistämällä
autot, moottoripyörät ja rekat.
Ei ihmekään, että se on parhaiten myyvä akku.
Jos ymmärrät miten tämä akku toimii
voit tajuta uudempienkin akkujen perimmäiset periaattet
ja jopa ymmärtää miksi yhdenlaista akkua ei voida käyttää kaikissa laitteissa.
Katsotaampa sen sisälle.
Ensimmäinen huomattava asia tässä moottoripyörän akussa on sen suuri paino.
Se johtuu siitä, että sen sisällä on runsaasti lyijy ja lyijyoksidi levyjä,
jotka ovat molemmat hyvin tiheitä.
Tämä on kenno samanlaisesta akusta
ja voit nähdä lyijyn ja sen alla lyijyoksidin.
Ne vuorottelevat akun sisällä.
Näytän kuinka ne varastoivat sähköä käyttämällä vain kahta levyä.
Tässä minulla on lyijylevy ja lyijyoksidilevy akusta
ja rikkihappoa.
Katso mitä tapahtuu kun kytken nämä johdot.
LED:iin syttyy valo.
Virta kulkee lyijyoksidikatodista lyijyanodiin.
Lyijy luopuu elektroneista, jotka lyijyoksidi ottaa vastaan.
Tämä vaihto muttaa molemmat levyt kiinteäksi lyijysulfaatiksi.
Nyt mittaan johtimien välisen jännite-eron.
Ja nähdään, että se on noin kaksi volttia,
joka tarkoitta, että tämä 12-voltin akku tehdään
yhdistämällä kuusi kennoa sarjaan, jotta saadaan 12 volttia.
Tämä on yksinkertainen sähkökemiallinen reaktio
katsotaampa nyt kuinka akku suunnitellaan.
Haluamme, että akussa on suuri tiheys joko energiaa tai tehoa.
Erona on että, suuri energiatiheyksiset akut
voivat varastoida suuria määriä energiaa
ja vapauttaa sitä luotettavasti pitkien aikojen kuluessa
kun taas akut, joissa on suuri tehotiheys vapauttavat
suuria määriä energiaa nopeasti.
Tämä akku suunniteltiin tehokkaaksi,
kostka tarvitsemme lähes neljäsataa amppeeria moottoripyörän käynnistämiseen.
Tilan säästämiseksi levyt on pakattava tänne tiheästi,
mutta jotta voidaan varmistaa, että elektronien siirtyminen
tapahtuu napojen läpi,
levyt on erotettu näillä eristelevyillä.
Nyt, näytän kaksi levyä tyhjentyneestä akusta,
jotta näette akun täydellisen tyhjenemisen vaikutuksen.
Jos katsomme näitä kahta levyä, voimme nähdä
pitkäaikaisen tyhjyyden vaikutuksen.
Tämä vaalea kerros tässä on lyijy sulfaattia.
Tämä selittää, miksi auton akun käyttäminen tyhjäksi
muutaman kerran todennäköisesti rikkoo sen.
Kun akku tyhjenee, lyijysulfaatti täyttää tilan levyjen välissä.
Jos sitä kerääntyy liikaa, akkua ei voida ladata enää koskaan.
Tämä korostaa kuinka jokainen tarkoitus
vaatii erityyppisen akun.
Kuten useimmista suunnitelluista esineistä nähdään
uhrauksia täytyy tehdä.
Joistakin halutuista ominaisuuksista on luovuttava,
jotta saavutetaan toisia välttämättömiä ominaisuuksia.
Tosiaan, suunnittelun vaikein osa päätyy usein
olemaan eri ominaisuuksien tasapaino suunnittelussa.
Esimerkiksi auton akku on erinomainen auton käynnistämiseen,
muttei sen liikuttamiseen kuin sähköauto.
Eikä se ole myöskään hyvä ehdokas
aurinkoenergian varastointiin talossa.
Siinä me keräämme energiaa Auringosta
akkujen lataamiseen
ja sitten käytämme varastoidun energian
erilaisin tavoin kunnes ne tyhjenevät ja
sitten lataamme ne uudelleen Auringon energialla.
Tähän käyttöön käytetään deep cycle akkuja.
Kuten nimi viittaa, tämän akun voi käyttää lähes thjäksi
ja ladata sitten uudelleen helposti.
Jotta autoissa käytettävä
SLI-akku voidaan muuttaa
deep cycle akuksi, tarvitaan kolme asiaa.
Käytämme paksumpia elektrodeja lisäämään energia tiheyttä,
siirrämme ne kauemmas toisistaan, jotta lyijysulfaatti jäänteet voivat irrota niistä
ja lisäämme tilaa pohjalle, jonne jäänteet voivat kerääntyä.
Haittana on suurempi koko ja paino
ja se antaa pienempää virtaa kuin auton akku.
Saatta vaikuttaa siltä, että haluaisimme päästä eroon lyijy-happo akusta.
Vääränlainen hävittäminen muodostaa merkittävän ympäristöriskin.
Meillä on vieläkin 1800 luvun lyijy-happo akku,
koska luonto on antanut meille
paljon elektrodi materiaaleja: lyijyä ja lyijyoksidia,
jotka ovat hyviä johteita.
Kun kokoamme nämä materiaalit oikein, saamme
halvan akun suurella tehotiheydellä.
Mitkään muut luonnosta löytyvät materiaalit eivät täytä näitä kriterejä niin hyvin,
mikä tarkoittaa, että nykyteknologialla tämän rajan ylittäminen
on äärimmäisen vaikeaa.
Siksi 1800 luvun teknologia on edelleen
paras autojen käynnistämiseen.
Olen Bill Hammack, Engineer guy.
Tämä video perustuu lukuun kirjassa
Eight Amazing Engineering Stories.
Luvussa käsitellään lisää tietoa tästä aiheesta. Suomentanut are2dude