TKK | Tietoverkkolaboratorio | Opetus

Toimintaperiaate

Akku on sähkökemiallinen laite, joka varastoi energiaa kemiallisesti ja se on purettavissa sähköenergiana. Se koostuu kahdesta elektrodista, sekä väliaineesta eli elektrolyytistä, joka estää elektrodien kontaktin ja sallii ionien liikkumisen elektrodien välillä. Varsinaiset kemialliset reaktiot tapahtuvat elektrolyytin ja elektrodien rajapinnoissa. Nämä kemialliset reaktiot ovat hapettumis-pelkistymisreaktioita. Akun purkautuessa toisella elektrodeista, jota kutsutaan anodiksi, vapautuu hapettumisen yhteydessä elektroneja. Nämä vapautuneet elektronit kulkevat ulkoisen piirin kautta anodilta positiivisesti varautuneelle elektrodille eli katodille, aiheuttaen näin sähkövirran. Katodille saapuvat elektronit saavat aikaan pelkistymisreaktion, eli katodilla olevat ionit vastaanottavat elektroneja. Akkua ladattaessa nämä reaktiot tapahtuvat vastakkaiseen suuntaan. Akun lähdejännite riippuu elektrodimateriaaleista ja ensisijaisesti niiden hapettumis-pelkistymispyrkimyksistä. Elektrodien välinen jännite saadaan niiden normaalipotentiaalien avulla, kun elektrodien normaalipotentiaalit vähennetään keskenään. Normaalipotentiaali on elektrodin ja vetyelektrodin, jonka potentiaaliksi on sovittu 0.00 V, välinen jännite.Tätä vetyelektrodia kutsutaan normaalivetyelektrodiksi. Alla olevassa kuvassa 1. on esitetty akun toimintaperiaate.

Käytännössä akut rakennetaan kennoista, jotka ovat edellä kuvatun kaltaisia pieniä akkuja. Näitä kennoja sarjaan kytkemällä saadaan halutun suuruinen jännite. Kennot ovat isommissa akuissa yleensä tavallisen sormipariston näköisiä ja kokoisia, mutta pienemmissä akuissa, kuten kännykän akuissa, ne ovat suorakaiteen muotoisia ja ohuempia. Esimerkiksi kännykän akuissa tällaisia kennoja on kahdesta viiteen kappaletta. Tällä hetkellä on käytössä kolmea erityyppistä pienakkua: nikkeli-kadmium (Ni-Cd), nikkeli-metallihybridi (NiMH) ja Litium-ioni (Li-ion). Näistä tällä hetkellä yleisin on nikkeli-metallihybridi.

Vaikka akkujen toimintaperiaate teoriassa on melko yksinkertainen, on käytössä silti vain harvoja eri akkutyyppejä. Akkujen kehitys on pitkällinen prosessi, sillä suunnittelussa on otettava huomioon monia eri näkökohtia ja näistä on saatava aikaan mahdollisimman hyvä kompromissi. Tärkeimpiä huomioonotettavia asioita ovat koko, paino ja se kuinka paljon akku pystyy energiaa varastoimaan. Nykyään matkapuhelinten koot pienenevät ja kevenevät, samalla pitäisi akkujen pienentyä ja keventyä. Silti puhelimilta vaaditaan jatkuvasti pidempiä puhe- ja valmiusaikoja. Lisäksi akkuja suunniteltaessa on otettava huomioon hinta, valmistusmenetelmät, käyttöikä, turvallisuus ja nykyään myös ympäristöystävällisyys.

Tietoverkkolaboratorio on nyt osa Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitosta. Tällä sivulla oleva tieto voi olla vanhentunutta.

Kurssien ajantasainen tieto on MyCourses-palvelussa.