akku, joka on itse asiassa sähkökenno, on laite, joka tuottaa sähköä kemiallisesta reaktiosta. Tarkkaan ottaen akku koostuu kahdesta tai useammasta solusta, jotka on kytketty sarjaan tai rinnakkain, mutta termiä käytetään yleensä yhdelle kennolle. Solu koostuu negatiivisesta elektrodista; elektrolyytti, joka johtaa ioneja; erotin, myös ionijohdin; ja positiivinen elektrodi. elektrolyytin voivat olla vesipitoisia (koostuvat vedestä) tai vedettömiä (eivät koostu vedestä), nestemäisessä, tahnamaisessa tai kiinteässä muodossa. Kun kenno on kytketty ulkoiseen kuormaan tai ladattavaan laitteeseen, negatiivinen elektrodi syöttää elektronien virran, joka virtaa kuorman läpi ja jonka positiivinen elektrodi hyväksyy. Kun ulkoinen kuorma poistetaan, reaktio loppuu.
Ensisijainen akku voi muuttaa kemikaalit sähköksi vain kerran ja se on sitten hävitettävä. Toissijaisessa akussa on elektrodit, jotka voidaan muodostaa uudelleen johtamalla sähköä takaisin sen läpi; jota kutsutaan myös säilytys- tai ladattavaksi akkuksi, sitä voidaan käyttää uudelleen useita kertoja.
Tämä akku käyttää nikkelioksidia positiivisessa elektrodissaan (katodi), kadmiumyhdistettä negatiivisessa elektrodissaan (anodi) ja kaliumhydroksidiliuosta elektrolyyttinään. Nikkelikadmiumakku on ladattava, joten se voi pyöräillä toistuvasti. Nikkelikadmiumakku muuntaa kemiallisen energian sähköenergiaksi purkautuessaan ja muuntaa sähköenergian takaisin kemialliseksi energiaksi uudelleen latautuessa. Täysin tyhjentyneessä NiCd-akussa katodi sisältää anodissa nikkelihydroksidia [Ni (OH) 2] ja kadmiumhydroksidia [Cd (OH) 2]. Kun akku on ladattu, katodin kemiallinen koostumus muuttuu ja nikkelihydroksidi muuttuu nikkelioksihydroksidiksi [NiOOH]. Anodissa kadmiumhydroksidi muuttuu kadmiumiksi. Kun akku on tyhjä, prosessi kääntyy päinvastaiseksi seuraavan kaavan mukaisesti.
Nikkeli-vetyakkua voidaan pitää nikkeli-kadmium-akun ja polttokennon välisenä hybridiä. Kadmium-elektrodi korvattiin vetykaasuelektrodilla. Tämä akku on visuaalisesti paljon erilainen kuin nikkeli-kadmium-akku, koska kenno on paineastia, jonka täytyy sisältää yli tuhat naulaa neliötuumaa (psi) vetykaasua. Se on huomattavasti kevyempi kuin nikkeli-kadmium, mutta sitä on vaikeampi pakata, aivan kuten munanlaatikko.
Nikkeli-vetyakut sekoitetaan joskus nikkeli-metallihydridiakuihin, matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa yleisesti käytettyihin akkuihin. Nikkeli-vety sekä nikkeli-kadmium-akut käyttävät samaa elektrolyyttiä, kaliumhydroksidiliuosta, jota yleisesti kutsutaan suoloksi.
Kannustimet nikkeli / metallihydridi (Ni-MH) -akkujen kehittämiseen tulee terveys- ja ympäristöongelmien pakottamisesta etsimään korvikkeita ladattaville nikkeli / kadmiumparistoille. Työntekijöiden turvallisuusvaatimusten vuoksi paristojen kadmiumin käsittely Yhdysvalloissa on jo vaiheessa. Lisäksi 1990-luvun ja 2000-luvun ympäristölainsäädäntö tekee todennäköisesti välttämättömäksi rajoittaa kadmiumin käyttöä paristoissa kuluttajakäyttöön. Näistä paineista huolimatta nikkeli / kadmium-akulla on lyijyakun vieressä edelleen suurin osuus ladattavien akkujen markkinoista. Lisäkannustimet vetypohjaisten paristojen tutkimiseksi tulee siitä yleisestä uskomuksesta, että vety ja sähkö syrjäyttävät ja korvaavat lopulta a merkittävä osuus fossiilisten polttoaineiden energiankulutuksesta, josta tulee perusta kestävälle, uusiutuvalle energiajärjestelmälle lähteet. Viimeinkin, sähkö- ja hybridiajoneuvoihin tarkoitettujen Ni-MH-akkujen kehittämiseen on kiinnostunut huomattavasti.
KOH-elektrolyytti pystyy kuljettamaan vain OH-ioneja ja varauksen kuljetuksen tasapainottamiseksi elektronien on kiertävä ulkoisen kuorman läpi. Nikkelioksihydroksidielektrodia (yhtälö 1) on tutkittu laajasti ja karakterisoitu, ja sen käyttö on osoitettu laajasti sekä maanpäällisessä että ilmailualan sovelluksissa. Suurin osa nykyisistä Ni / metallihydridiakkuja koskevista tutkimuksista on liittynyt metallihydridianodin suorituskyvyn parantamiseen. Erityisesti tämä vaatii hydridi-elektrodin kehittämistä, jolla on seuraavat ominaisuudet: (1) pitkä kiertoaika, (2) suuri kapasiteetti, (3) korkea varaus- ja purkausnopeus vakiojännitteellä ja (4) retentio kapasiteettia.
Nämä järjestelmät eroavat kaikista aikaisemmin mainituista akkuista siinä, että elektrolyytissä ei käytetä vettä. He käyttävät sen sijaan ei-vesipitoista elektrolyyttiä, joka koostuu litiumin orgaanisista nesteistä ja suoloista ioninjohtavuuden aikaansaamiseksi. Tällä järjestelmällä on paljon korkeammat kennojännitteet kuin vesipitoisilla elektrolyyttijärjestelmillä. Ilman vettä vedyn ja happikaasujen kehitys eliminoituu ja solut voivat toimia paljon laajemmilla potentiaaleilla. Ne vaativat myös monimutkaisempaa kokoonpanoa, koska se on tehtävä melkein täysin kuivassa ilmapiirissä.
Useita kertakäyttöisiä paristoja kehitettiin ensin anodina litiummetallilla. Kaupalliset kolikkosolut, joita käytetään nykypäivän kelloakkuissa, ovat enimmäkseen litiumkemiaa. Nämä järjestelmät käyttävät erilaisia katodijärjestelmiä, jotka ovat riittävän turvallisia kuluttajien käyttöön. Katodit on valmistettu erilaisista materiaaleista, kuten hiilimonofluoridista, kuparioksidista tai vanadiumpentoksidista. Kaikilla kiinteillä katodijärjestelmillä on rajoitettu purkautumisnopeus, jota ne tukevat.
Suuremman purkausnopeuden saavuttamiseksi kehitettiin nestemäisiä katodijärjestelmiä. Elektrolyytti on reaktiivinen näissä malleissa ja reagoi huokoisella katodilla, joka tarjoaa katalyyttiset kohdat ja sähkövirran keräyksen. Useita esimerkkejä näistä järjestelmistä ovat litiumtionyylikloridi ja litium rikkidioksidi. Näitä paristoja käytetään avaruudessa ja sotilaskäyttöön, samoin kuin hätämerkkivaloihin maassa. Niitä ei yleensä ole saatavana yleisölle, koska ne ovat vähemmän turvallisia kuin kiinteät katodijärjestelmät.
Seuraavan vaiheen litiumioniakkutekniikassa uskotaan olevan litiumpolymeeriparisto. Tämä akku korvaa nestemäisen elektrolyytin joko geelitetyllä tai oikealla kiinteällä elektrolyytillä. Näiden paristojen on tarkoitus olla jopa kevyempiä kuin litium-ioni-paristojen, mutta tällä hetkellä ei ole suunnitelmia lentää tätä tekniikkaa avaruudessa. Sitä ei myöskään ole yleisesti saatavilla kaupallisilla markkinoilla, vaikka se saattaa olla aivan nurkan takana.
Jälkikäteen katsottuna olemme edenneet kaukana tiiviistä vuodesta taskulamppu paristot 1960-luvulta, kun avaruuslento syntyi. Saatavilla on laaja valikoima ratkaisuja vastaamaan moniin avaruuslennon vaatimuksiin, 80 astetta nollan alapuolelle aurinkolennon korkeisiin lämpötiloihin. On mahdollista käsitellä massiivista säteilyä, vuosikymmenien palvelua ja kymmeniä kilowatteja saavuttavia kuormia. Tätä tekniikkaa kehitetään jatkuvasti ja pyritään jatkuvasti parantamaan akkuja.