Nikkel-kadmium és áramlási akkumulátor: miben más, mint az ólomsavas?

Röviden: az ólomsavas akkumulátor mellett a napelemes rendszerekben néha nikkel-kadmium akkumulátort is használnak, és létezik ígéretes áramlási (flow) akkumulátor is. Mindegyiknek megvannak az előnyei és a hátrányai.

Nikkel-kadmium akkumulátor

A forrás szerint az ólomsavas akkumulátorok kétségtelenül a leggyakoribbak a napelemes rendszerekben, de egyes alkalmazásokban a nikkel-kadmium akkumulátor is költséghatékony lehet életciklus-költség szempontjából. Pozitív elektródája nikkel (vagy nikkel-hidroxid), a negatív kadmium-hidroxid. Zárt kivitelben gyakran használják kis háztartási eszközökben, de nagyobb, szellőztetett vagy zárt akkumulátorok is kaphatók napelemes célra.

Előnyei a forrás szerint:

• Hosszú élettartam és tárolhatóság. Az elektródák oxidációs és redukciós reakciókon mennek át, de az anyag nem kerül az elektrolitba, hogy aztán újra lerakódjon, mint az ólomsavasnál. Ezért az aktív anyag nem hullik le a lemezekről, és nincs az ólomsavas szulfátosodásához hasonló folyamat. Az elektrolit kevésbé korrozív az akkumulátor alkatrészeire, ami szintén növeli az élettartamot.
• Teljesen kisüthető. A nikkel-kadmium akkumulátor károsodás nélkül teljesen lemeríthető.
• Túltölthető. Kevésbé érzékeny a túltöltésre, ami csökkenti a töltési követelményeket. A teljes kisüthetőség, a túltöltéstűrés és a töltési mód miatt egyes esetekben a szabályozó is elhagyható.
• Kisebb hőmérséklet-érzékenység. Mivel az elektrolit összetétele töltés és kisütés közben nem változik, nem fagy meg alacsony töltöttségnél, mint az ólomsavas. A forrás szerint –50 °C-ot is elvisel, és élettartamát a magas hőmérséklet sem rontja olyan erősen, mint az ólomsavasét.
• Kis karbantartási igény. Kevesebb korrozív anyagot bocsát ki, és kisebb a gázfejlődése, ezért ritkábban kell karbantartani.

Hátrányai:

• Ár. Tipikusan legalább kétszer annyiba kerül, mint az ólomsavas. Ennek egy részét ellensúlyozhatja, hogy teljesen kisüthető (nem kell túlméretezni), és elhagyható a szabályozó.
• Kisebb hatásfok. A coulomb-hatásfok 75% és 85% között, a teljes hatásfok 60% és 75% között van.
• Memóriahatás. Egyes nikkel-kadmium akkumulátoroknál teljes kisütés kellhet a „memória” kialakulásának megelőzéséhez. Ennek megszüntetése lassú, teljes kisütési-töltési ciklust igényel.

Különlegessége a töltés és kisütés közben viszonylag állandó feszültséggörbe. Kisütésnél ez előny, mert a feszültség 10% és 80% kisütés között viszonylag állandó, töltésnél hátrány, mert a feszültségből rosszul lehet a töltöttségre következtetni.

A forrás szerint a nikkel-kadmium akkumulátor ezért nem kritikus terheléseknél használható, mivel teljes kisütésre számítanak, és ha a töltési ciklus alatt felhős nap van, nem lesz áram.

Áramlási (redox flow) akkumulátor

Az áramlási akkumulátorban a redukció és oxidáció két vegyérték-állapot között zajlik oldatban, ahelyett hogy a szilárd elektródaanyag összetétele változna. Két oldat van, amelyeket szelektív membrán választ el, és a membrán egyes ionokat átenged, másokat nem. Az oldatokat a membránhoz szivattyúzzák.

A forrás szerint a szilárd akkumulátorokkal szemben számos potenciális előnye van. Fő előnye, hogy az akkumulátort úgy is fel lehet tölteni, hogy kiszivattyúzzák a lemerült oldatot, és feltöltött oldatra cserélik, ami kiküszöböli a hosszú töltési időt (például elektromos járműveknél). Másik előny, hogy a kapacitást az oldat térfogata, a teljesítményt pedig a két oldat közti membrán érintkezési felülete határozza meg.

A University of New South Wales-en kifejlesztett vanádium-vanádium áramlási akkumulátor különösen ígéretes. Két vanádium-állapotot használ. A forrás szerint a hatásfoka magas: coulomb-hatásfoka 97%, energiahatásfoka 87%. Mivel az anód és a katód oldata is vanádiumot tartalmaz, a keresztszennyeződés ugyan kisüti az akkumulátort, de nem károsítja.

Mit érdemes megjegyezni?

Az egyes típusok más-más kompromisszumot adnak ár, élettartam, hatásfok és karbantartás között. Az ólomsavas típusról az ólomsavas akkumulátorról szóló cikkben írtunk, a hatásfokról az akkumulátor hatásfokáról szóló írásban, az alapokról pedig a Mi az erkélynapelem, és hogyan működik? cikkben.

Hogy mit szabad ma Magyarországon otthon kiépíteni és bejelenteni, azt a Szabályozás oldalon követjük.