Akumulátor: Porovnání verzí

Aktuální verze z 22. 11. 2025, 23:15

Rozbalit box

Obsah boxu

Akumulátor je sekundární galvanický článek, což je technické zařízení určené k opakovanému uchovávání elektrické energie. Na rozdíl od primárních článků (běžných "jednorázových" baterií), které energii dodávají ihned po sestavení a nelze je dobíjet, musí být akumulátor nejprve nabit. Během nabíjení se elektrická energie přeměňuje na energii chemickou a ukládá se. Při vybíjení probíhá opačný proces, kdy se chemická energie mění zpět na elektrickou. Akumulátory jsou klíčovou součástí moderní společnosti, od spotřební elektroniky přes elektromobilitu až po velkokapacitní úložiště energie pro stabilizaci elektrických sítí.

🔋 Princip fungování

Základem každého akumulátoru je jeden nebo více elektrochemických článků. Každý článek se skládá ze tří hlavních částí:

Kladná elektroda (katoda)
Záporná elektroda (anoda)
Elektrolyt – látka (kapalná, gelová nebo pevná), která obsahuje ionty a umožňuje jejich pohyb mezi elektrodami.

Elektrody jsou od sebe odděleny separátorem, který brání jejich přímému kontaktu a zkratu, ale je propustný pro ionty.

Nabíjení:* Připojením vnějšího zdroje napětí se spustí vynucená chemická reakce. Ionty se v elektrolytu pohybují od jedné elektrody ke druhé a elektrony procházejí vnějším obvodem. Tím se mění chemické složení elektrod a energie se v nich "ukládá".

Vybíjení:* Po připojení spotřebiče (např. žárovky, mobilního telefonu) začne probíhat samovolná chemická reakce. Ionty se opět pohybují elektrolytem, ale v opačném směru, a elektrony proudí vnějším obvodem přes spotřebič, čímž mu dodávají energii.

⏳ Historie

Ačkoliv první zdroj elektrického proudu, Voltův sloup, sestrojil Alessandro Volta již v roce 1800, jednalo se o primární článek. První funkční dobíjecí článek, tedy akumulátor, vynalezl až v roce 1859 francouzský fyzik Gaston Planté. Jednalo se o olověný akumulátor, jehož princip se s vylepšeními používá dodnes, zejména jako startovací baterie v automobilech.

Na přelomu 19. a 20. století byl vyvinut nikl-kadmiový (NiCd) akumulátor a později jeho ekologičtější nástupce, nikl-metal hydridový (NiMH) akumulátor. Skutečnou revoluci v přenosné elektronice však přinesl až lithium-iontový (Li-ion) akumulátor, komercializovaný firmou Sony v roce 1991. Jeho vývoj, za který byla v roce 2019 udělena Nobelova cena za chemii, umožnil vznik moderních notebooků, smartphonů a odstartoval éru elektromobility.

⚙️ Typy akumulátorů

Akumulátory se dělí především podle použitých chemických materiálů, které určují jejich vlastnosti.

Olověný akumulátor

Nejstarší typ dobíjecí baterie, kde elektrody tvoří olovo a oxid olovičitý a elektrolytem je zředěná kyselina sírová.

Výhody: Nízká cena, schopnost dodávat vysoké startovací proudy, osvědčená technologie.
Nevýhody: Vysoká hmotnost, nízká hustota energie, obsah nebezpečného olova a žíravé kyseliny.
Využití: Startovací baterie v automobilech se spalovací motorem, záložní zdroje (UPS), trakční baterie.

Nikl-kadmiový akumulátor (NiCd)

Dříve velmi rozšířený typ, dnes již z velké části nahrazený modernějšími technologiemi.

Výhody: Dlouhá životnost (vysoký počet cyklů), odolnost proti hlubokému vybití.
Nevýhody: Toxický obsah kadmia, nižší kapacita, výrazný paměťový efekt.
Využití: Starší aku nářadí, nouzové osvětlení.

Nikl-metal hydridový akumulátor (NiMH)

Nástupce NiCd akumulátorů s vyšší kapacitou a menším dopadem na životní prostředí.

Výhody: Vyšší hustota energie než NiCd, mírný paměťový efekt.
Nevýhody: Vyšší míra samovybíjení, kratší životnost než NiCd.
Využití: Nabíjecí tužkové baterie (AA, AAA), starší hybridní vozidla.

Lithium-iontový akumulátor (Li-ion)

V současnosti dominantní technologie ve většině aplikací.

Výhody: Vysoká hustota energie, nízká hmotnost, téměř žádné samovybíjení, netrpí paměťovým efektem.
Nevýhody: Vyšší cena, stárnutí i při nepoužívání, citlivost na vysoké teploty a hluboké vybití, bezpečnostní rizika (hořlavost).
Podtypy: Existuje mnoho variant, např. LFP (LiFePO4) s vyšší bezpečností a životností, nebo NMC (Nikl-Mangan-Kobalt) s vyšší hustotou energie.
Využití: Mobilní telefony, notebooky, elektromobily, elektrokola, domácí bateriová úložiště.

Lithium-polymerový akumulátor (Li-pol)

Varianta Li-ion akumulátoru, kde je kapalný elektrolyt nahrazen pevným nebo gelovým polymerem.

Výhody: Flexibilita tvaru, ještě nižší hmotnost, vyšší bezpečnost.
Nevýhody: Vyšší výrobní náklady, kratší životnost.
Využití: Tenká zařízení jako tablety, drony, RC modely.

📊 Klíčové parametry

Jmenovité napětí (V): Napětí, které článek poskytuje, dané jeho chemickým složením (např. olověný ~2V, NiMH ~1,2V, Li-ion ~3,7V).
Kapacita (Ah/mAh): Množství elektrického náboje, které dokáže akumulátor pojmout. Udává, jak dlouho je schopen dodávat určitý proud.
Hustota energie (Wh/kg nebo Wh/l): Množství energie uložené v poměru k hmotnosti nebo objemu. Klíčový parametr pro přenosná zařízení a elektromobily.
Cyklická životnost: Počet nabití a vybití, které akumulátor vydrží, než jeho kapacita klesne pod určitou úroveň (obvykle 80 %).
Samovybíjení: Míra, jakou akumulátor ztrácí kapacitu, i když není používán. U Li-ion je velmi nízká, u NiMH výrazně vyšší.
C-rate: Vyjadřuje rychlost nabíjení nebo vybíjení vzhledem ke kapacitě. 1C znamená nabití/vybití za jednu hodinu.
BMS (Battery Management System): Moderní akumulátory (zejména Li-ion) obsahují elektronický systém, který sleduje napětí, proud a teplotu, chrání články před poškozením a optimalizuje jejich výkon a životnost.

🔬 Budoucnost a výzkum (stav 2025)

Vývoj baterií je jednou z nejrychleji se rozvíjejících technologických oblastí, poháněný především potřebami elektromobility a skladování energie z obnovitelných zdrojů.

Baterie s pevným elektrolytem (Solid-State): Považovány za revoluční krok. Nahrazení hořlavého kapalného elektrolytu pevným materiálem slibuje vyšší hustotu energie (dojezd elektromobilů přes 800 km), výrazně rychlejší nabíjení (až 80 % za 10 minut) a vyšší bezpečnost. V roce 2025 se očekávají první komerční nasazení v malých sériích, přičemž hlavní výzvou zůstává vysoká cena a složitost masové výroby.
Sodíkovo-iontové akumulátory (Na-ion): Využívají hojně dostupný a levný sodík místo lithia. Mají sice nižší hustotu energie, ale jsou bezpečnější, levnější a fungují lépe při nízkých teplotách. V roce 2025 se začínají komerčně nasazovat zejména ve stacionárních úložištích a menších městských elektromobilech.
Zlepšování Li-ion technologie: Probíhá neustálý vývoj. Anody s příměsí křemíku zvyšují kapacitu a nové katody snižují závislost na drahém a eticky problematickém kobaltu.
Lithium-sírové (Li-S) a Lithium-vzduchové (Li-air) baterie: V laboratořích slibují teoreticky násobně vyšší hustotu energie, ale jejich komerční nasazení je stále vzdálené kvůli nízké životnosti a stabilitě.

♻️ Ekologické dopady a recyklace

Ačkoliv jsou akumulátory klíčové pro zelenou transformaci, jejich výroba a likvidace představují ekologickou zátěž.

Těžba surovin: Těžba lithia, zejména v jihoamerických solných jezerech, je extrémně náročná na spotřebu vody a narušuje křehké ekosystémy. Těžba kobaltu, převážně v DR Kongo, je spojena se závažnými sociálními problémy, včetně dětské práce.
Recyklace baterií: Recyklace je klíčová pro snížení závislosti na primární těžbě a omezení ekologických dopadů. Evropská unie zpřísňuje pravidla pro výrobce, kteří musí zajistit sběr a efektivní recyklaci baterií. Od roku 2025 platí nové, přísnější cíle pro sběr a materiálové využití. Moderní procesy jako hydrometalurgie dokáží z použitých baterií získat zpět přes 95 % cenných kovů jako lithium, kobalt, nikl a měď.

🧒 Pro laiky: Vysvětlení jednoduše

Představte si akumulátor jako kouzelnou znovupoužitelnou lahev na "elektřinu".

Nabíjení je jako plnění této lahve vodou z kohoutku. Připojíte nabíječku (kohoutek) a "elektrická voda" teče dovnitř a ukládá se tam.
Uložená energie je voda v lahvi, připravená k použití. Velikost lahve odpovídá kapacitě akumulátoru – čím větší lahev, tím déle vydrží.
Vybíjení je, když se z lahve napijete. Připojíte telefon (vaše ústa) a "elektrická voda" z něj proudí a dává mu energii, aby fungoval.

Hlavní rozdíl oproti obyčejné baterii je v tom, že když je tato kouzelná lahev prázdná, nemusíte ji vyhodit. Můžete ji jednoduše znovu naplnit a použít znovu a znovu, třeba i tisíckrát.

Zdroje