Oppladbare batterier

Et «oppladbart batteri» heter egentlig akkumulator og ligner på et vanlig batteri. Ved å gi energi til en utladet akkumulator kan elektronene migrere tilbake slik at akkumulatoren kan brukes på nytt. Det er store forskjeller mellom akkumulatorer, for eksempel hvor stor kapasitet de har (levetid etter en lading) og hvor mange sykluser de tåler (ladinger og utladninger). I noen sammenheng spiller også størrelsen eller vekten en rolle, og da er ikke alle typer egnet.

Blyakkumulator er et av de eldste oppladbare batteriene og brukes fortsatt blant annet i biler, backup-løsninger og industrielle sammenhenger. De store ulempene med denne batteritypen er at den inneholder miljøfarlige stoffer og veier mye. Spenningen fra en celle er 2 V og ved å koble flere celler sammen er det mulig å få ulike spenninger som er jevnt delbare med tallet to. Bilbatteriet (12 V) består for eksempel av seks celler.

En blyakkumulator på 12 V, 17 Ah.

Blyakkumulatorene finnes i mange forskjellige størrelser og vektklasser, selv om de har samme spenning. Det er fordi de har ulik kapasitet og dermed ulik varighet. En akkumulator som veier 300 g kan ha en kapasitet på 1,3 Ah (1300 mAh) mens en akkumulator på 6,5 kg har en kapasitet på 17 Ah (17 000 mAh).

NiCd-batteriet har en polspenning på 1,2 V og var vanlig for noen år siden. Dette batteriet er i dag et sjeldent syn, produsenter og forbrukere velger andre alternativer av blant annet miljøhensyn. Akkurat som navnet tilsier inneholder batteriet det miljøfarlige tungmetallet kadmium (Cd). Derfor er det EU-direktiv fra 2006 som forbyr NiCd-batterier der det finnes alternativer.

En av ulempene med NiCd er den såkalte minneeffekten. Minneeffekten fører til at kapasiteten synker hvis batteriet ikke blir tatt godt vare på. Minneeffekten oppstår når batteriet ikke utlades ordentlig før det lades opp igjen. Hvis batteriet lades gjentatte ganger uten å bli utladet, vil det etter en stund "tenke" at det er på tide med en ny lading før det virkelig er det. Det betyr at den anvendelige kapasiteten reduseres. Det er også viktig å ikke overlade eller dyputlade batteriet. Først når enheten som bruker batteriet anser det som utladet bør batteriet lades. En av fordelene med NiCd er at teknologien kan håndtere stort strømforbruk, det vil si at batteriene har lav indre motstand.

Se alle produkter med NiCd

NiMH er i dag det mest populære valget blant de standard oppladbare sylindriske batteriene. Det er et miljøvennlig alternativ (fritt for kadmium) og er også er tilgjengelig i høyere kapasiteter enn det tilsvarende NiCd. Minneeffekten er heller ikke noe problem. Det gjør batteriet enkelt å håndtere fordi brukeren ikke trenger å tenke på korrekt utlading før hver lading.

NiMH-batteriet har en polspenning på 1,2 V og kan erstatte vanlige alkaliske batterier i nesten alle sammenhenger. Dette til tross for at det alkaliske batteriet har en polspenning på 1,5 V. En nærmere undersøkelse av utladningskurvene viser at det alkaliske batteriet yter 1,5 V i relativt kort tid. Spenningen synker nemlig raskt ned til 1,2 V og fortsetter sakte å synke til omtrent 0,9 V. I motsetning starter NiMH-batteriet på 1,2 V og forblir på det nivået jevnt og trutt til batteriet går tomt. Den lille forskjellen i startspenningen har derfor liten eller ingen betydning.

Se alle produkter med NiMH

Selvutlading for NiMH-batterier har alltid vært relativt høy (10-20 % per måned). Problemet er spesielt tydelig i enheter med lavt strømforbruk (f.eks. fjernkontroller og klokker). Der kan selvutladingen bruke mer av batteriet enn enheten i seg selv. Med den nye generasjonen NiMH2 er selvutladningen svært lav (ca. 2 % per måned).

Eksempler på NiMH2-batterier.

NiMH2 er tilgjengelig fra de fleste batteriprodusenter. Dessverre finnes det ikke et felles vanlig navn, og de selges ofte under produsentens eget navn, som f.eks. Sanyo Eneloop, Powerbase Instant, GP ReCyco, Varta Ready2Use og Panasonic Infinium.

Fordi den nye generasjonen har svært lav selvutlading kan batteriene forhåndslades under produksjonen. At batteriene tidligere måtte lades før bruk var en stor ulempe ved valg av oppladbare batterier. Med NiMH2 kan batteriene brukes rett ut av pakken.

Den lave selvutladingen gjør også at NiMH2-batteriene fungerer godt for enheter som bruker lite strøm. Den eneste ulempen er at de så langt ikke er tilgjengelige med fullt så høy kapasitet som førstegenerasjons NiMH-batterier. Det betyr at første generasjonen kan være mer egnet i energikrevende enheter.

Det er mulig å teoretisk sammenligne virkningen av de ulike selvutladingsegenskapene på batterier som ligger på hylla en stund før de blir tatt i bruk. Fordi selvutladningen er respektivt ca. 20 og 2 %, vil den gjenværende kapasitet etter en måned være respektivt 80 og 98 %.

Etter seks måneder har standard NiMH-batteriet redusert gjenværende kapasitet til en fjerdedel, mens den nye generasjonstypen har mistet litt over en tidel. På et år har standard NiMH-batteriet for lengst mistet all energi, mens den nye generasjonen av batteri kun har mistet rundt 20 % energi.

Når det kommer til kulde er også NiMH2-batteriene bedre enn sine forgjengere. Følgende diagram viser gjennomsnittlig kapasitet oppnådd ved utlading av GPs AA- og AAA-batterier ved 0 °C. Batteriene ble ikke hurtigladet og de fikk hvile i fire timer mellom lading og utlading. Utladningene forgikk ved 0,2 °C, som er relativt mye. Tenk deg at de er plassert i en enhet der batteriene har en varighet på fire til fem timer.

Diagrammet viser hvor mye av batteriets oppgitte kapasitet som kan brukes (ved 0 °C).

Dette er en annen stor fordel med den nye generasjonen av batterier. De kan lades i samme lader som den eldre generasjonen. Forbrukeren slipper dermed å investere i en ny lader.

Se alle produkter med Nimh2

Akkurat som i ikke-oppladbare sammenhenger, vinner litiumteknologi terreng. Hovedfordelene er at batteriene er små med lav vekt og høy energitetthet. De har en spenning på 3,6 V eller 3,7 V, det vil si at de ikke kan erstatte alkaliske batterier på samme måte som NiMH. Litium-ion- og litium-polymer-teknologi brukes i stedet i batterier som er innebygd i enheter. Hvis du åpner baksiden av mobiltelefonen din vil du sannsynligvis se et litiumbatteri der. Bærbare datamaskiner bruker også litiumteknologi, det gjør de fleste andre bærbare enheter som har et innebygd oppladbart batteri. Litiumbatteriene har flere fordeler fordi de har lav selvutlading og lider ikke i det hele tatt av minneeffekten. Det vil si at brukeren ikke trenger å bekymre seg for batteriets ladestatus, men kan lade det når som helst.

Eksempel på forbrukerbatteri av litium-polymer-typen.

Et oppladbart litiumbatteri bør ikke være helt utladet. Det er da stor risiko for at batteriet ikke kan lades på nytt. Det utgjør imidlertid ingen fare å bruke telefonen eller datamaskinen før den slår seg av. Batteriet har da fremdeles strøm igjen, men det er for lite til at enheten kan kan driftes. Hvis dette skjer, er det viktig at batteriet lades opp så snart som mulig. Det er ikke bra for batteriet hvis det er utladet over lengre tid. Den lave, men fortsatt tilstedeværende selvutladingen vil da lade ut batteriet så dypt at det blir skadet. Mange har sikkert allerede erfart at en telefon, som tidligere fungerte bra, ikke lar seg lade når den har ligget ubrukt over lengre tid. Hvis et batteri ikke skal brukes på en stund, bør det derfor først lades opp. Splitter nye (ubrukte) batterier kan imidlertid oppbevares uladet.

18650-batterier har blitt stadig mer populære. De begynte å bli brukt i batteripakker i for eksempel bærbare datamaskiner. Den høye kapasiteten kombinert med lav vekt gjorde batteriene populære i lommelykter og mye annet.

Et 18650-batteri har en spenning på 3,7 volt.

ICR-kjemi gir celler høyest kapasitet. Ulempene er at de er mer følsomme enn andre celler for over- og underspenning og at de ikke kan håndtere høyt strømforbruk. Følsomheten gjør at de må beskyttes, og kretskortet med beskyttelse kan ikke være lite og samtidig tåle mye elektrisitet. Takket være den høye kapasitet brukes ICR-celler ofte i batterier til for eksempel bærbare datamaskiner.

IMR og INR er betydelig mer holdbare, men de bør heller ikke utlades for mye, fordi det sliter på cellene. Ulempen er at de har lavere kapasitet. Til gjengjeld kan de håndtere høyt strømforbruk. Det finnes celler som er spesifisert for å tåle kontinuerlig utladning på 30 A. Eksempler på produkter som krever høyt strømforbruk er for eksempel e-sigaretter.

Hvor lenge varer et oppladbart batteri? Det avhenger av om det gjelder batterikapasiteten eller hvor mange ganger det kan lades opp. Hvis kapasiteten er angitt som 2700 mAh betyr det at batteriet varer i fem timer hvis en enhet bruker 540 mA.

t = tid i timer (h)
C = kapasiteten angitt i amperetimer (Ah)
I = strøm i ampere (A)

t = C / I

t = 2700 mAh / 540 mA = 2,7 Ah / 0,54 A = 5 h

Antall ladninger og utladninger et oppladbart batteri kan håndtere angis som sykluser. Maksimalt antall sykluser avhenger av faktorer som batteriets kjemi, om det er hurtigladet eller ikke og hvordan det tas vare på. Generelt varer NiMH i omtrent 500 sykluser. Blir de ivaretatt eksemplarisk er det mulig å få opptil 1000 ladesykluser.Litium-ion varer i omtrent 500 sykluser ved normal bruk.