2013. július 3., szerda

Egy halom elem

Amikor áramszünet idején  a villanykapcsolóhoz nyúlunk és frusztrálódunk, éppen annyira nincs fogalmunk arról, hogy mi történt, mint amikor elektromos kütyünkben kimerül az elem és lemaradtunk a gyerek első lépésének  rögzítéséről. Természetes, hogy a boltban energiát is árulnak, kit érdekel, hogy hogy került oda. Pedig szabadságfokunkhoz nagyban hozzájárul, hogy a fényt biztonságosan magunkkal tudjuk vinni, hogy nem kell fáklyával rohanni valakinek a kocsi előtt, hogy lássuk az utat.
Elemlámpáinkat ugyan lassan lecseréljük tekerős/dinamós lámpákra (amit azért még sokáig elemlámpának fogunk hívni) vagy napelemes eszközökre, azonban a kamerák, fényképezőgépek, tabletek, telefonok, lézerpointerek, számológépek, MP3 és MP4 lejátszók, stb. nagy része még sokáig elemmel/akkumulátorral fog működni.
Tisztelet azoknak, akik nem ragaszkodtak ahhoz a szóhoz, hogy "szoktuk".

Az első villamos elemet 1800-ban mutatta be gróf Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta olasz vegyész és fizikus, róla nevezték el Volta-elemnek.Volta eleme  két fémlapból állt, ezek voltak az elektródák, melyek egymástól papírral voltak elválasztva. Az elektródák elektrolitikus közegben (sósvizes oldat) vegyi reakcióba léptek, ami beindította az elektronokat, s azok mozgása eredményezte a villamos áramot. Ez a működési alapja a mai elemeknek is.

A galvánelem :
Ha hígított kénsavban réz- és horganylemezt helyezünk el, a vegyi hatás következtében a rézlemezből elektronok lépnek ki a kénsavba, így a réz pozitív töltésűvé válik. A horganylemez viszont elektronokat vesz fel a kénsavból, így negatív töltést kap. A galvánelem e töltéseket szétválasztó hatása az elektromotoros erő. A szétvált különnemű töltések vonzzák egymást, de a galvánelemen belül – az elektromotoros erő szétválasztó hatása miatt – nem tudnak kiegyenlítődni.
Ha azonban a galvánelem kapcsait egy vezetővel összekötjük, a vezetőben lévő elektronokra, ill. ionokra a kapcsok töltésének megfelelően vonzó-, ill. taszítóerő hat, így a vezetőben villamos áram alakul ki. Az áramló villamos töltések munka végzésére alkalmasak, azaz az elem a benne felhalmozott vegyi energiából villamos energiát állít elő. A két elektródból és egy vagy több elektrolitból álló rendszert a jelenséget megfigyelő olasz orvos, Galvani neve után galvánelemnek nevezzük.
A felhasznált fémek szerint többféle galvánelem ismert:
A nem újra tölthető elemek a szén-cink elemek (azaz a nehéz elemek), alkalikus elemek és a lítiumos elemek.

Egyszer használatos, eldobható elemek
A legismertebb galvánelem-típust Georges Leclanché francia kémikus 1866-ban készítette el.
Leclanche, vagy szén-cink szárazelem:
A legalapvetőbb elem a nem tölthető, egyszeri használatra alkalmas cink alapú ceruzaelem (szén-cink elem, nehézelem, Mignon-elem).
A szén-cink elem a legrégebben forgalomban levő, 1870 - 90 körül kifejlesztett egyszerű felépítésű szárazelem típus. Viszonylag alacsony kapacitású, de alacsonyabb az ellenállása, mint az alkáli elemeknek ezért több áramot tud szállítani. Jellemzően nagyon hamar kimerül és nem újrahasznosítható.
Ezeknél az elemeknél a burok cinkből van, mely egyben a negatív elektróda is, a pozitív elektróda az szénrúd, mely a cinkburokban lévő savas pép (elektrolit) közepében helyezkedik el. Teljesítménye kicsi, a másik negatívuma pedig, hogy az elektrolitban lévő sav kimarhatja a cinkburkot, a kifolyt sav pedig megkárosíthatja az elektromos gépezetünket.

Alkáli (AA) elemek:
Először 1950-ben jelent meg a kereskedelemben egy a Lechlanche elemhez hasonló, de elektrolitként vezetőképesebb KOH (kálium-hidroxid) oldatot tartalmazó elem. Ennek kisebb a belső ellenállása, ezért nagyobb mértékű kisütést tesz lehetővé. A kálium, mint alkáli fém adta meg a típus nevét, alkáli elem.

Az alkáli elemeknek nagyobb kapacitásuk van, mint a szén-cink elemeknek, de nagyon nagy a belső ellenállásuk, ezért ezek az elemek nem tudnak magas feszültséget hordozni. A magas belső ellenállásuk azt eredményezi, hogy terhelés alatt leesik a teljesítményük. Az elemek nominális feszültsége 1,5 Volt, de nagy terhelés esetén ez 1,2 Volt alá is leeshet. Ezért van az, hogy nagy teljesítményű eszközök inkább NiCd-s vagy NiMh-s elemekkel működnek, mint alkáli elemekkel. Ezek az eszközök magasabb feszültséget kapnak az újratölthető elemektől, mint az alkáliaktól (0,3 Volttal többet cellánként legalább).  
Előnyük a szén-cink elemekkel szemben, hogy hosszabb ideig megőrzik kapacitásukat és kevésbé hajlamosak az elektrolit „szivárgására”. Valamivel drágábbak, de biztonságosabbak. Fő alkalmazási területük a kisebb elektronikus eszközök áramforrásai, de nagyobb áramfelvételű eszközök, pl. villanó lámpák (vakuk), elektronikus fényképezőgépek táplálására is alkalmasak.


Lítium elemek:
Léteznek higany-oxid (HgO) vagy ezüst-oxid (Ag2O) aktív katódot tartalmazó alkáli elemek is.
Ezek a felhasznált anyagok miatt drágábbak, viszont nagyobb kapacitásúak. Nehézfém tartalmuk miatt azonban erősen környezetszennyezőek. A legjobb minőségű és egyben a legdrágább nem tölthető elemek a lítium elemek. A lítium cellás elemeknek van a legnagyobb kapacitásuk, de az anyaghasználat és a teljesítmény látszik az árukon is. Sokkal könnyebbek, és több áramot is tartalmaznak társaiknál, 1,7 Voltot cellánként.
Ezek közé tartoznak a gombelemek, melyek a karórák vagy hasonló kisméretű elektromos szerkezetek tápegységei. 
Lítium elemmel működő termékeink.  >>
A szárazelem veszélyes hulladék, nehéz- és egyéb fémeket, savakat tartalmazhat; meg kell akadályozni, hogy a kommunális szemét közé, talajba, tűzbe vagy vízbe kerüljön!
Az elemek - különösen a lítium elemek - fuvarozása kihívást jelent a szállítmányozók számára. Legközelebb erről lesz szó.

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése