En tältä foorumilta löytänyt kyseisen kaltaista topikkia, jossa olisi pientä infopakettia kyseisen kokoisista akuista yhdessä viestissä, joten olkaapa hyvä:
(Tietenkin tuo yleinen osuus akkukemiasta, vaaratekijöistä sun muista pätee yhtälailla kaikkien akkujen kanssa.)
18650 Li-Ion akut
Akuissa tuo numerosarja tarkoittaa sen minimikokoa millimetreissä, muodossa halkaisija x korkeus. Eli 18650 akkujen halkaisija on 18mm ja korkeus 65mm. Perässä oleva 0 tarkoittanee akun muotoa, mikä on tässä tapauksessa sylinteri. Läheskään kaikki mallit eivät ole tämän standardin sisäpuolella korkeutensa puolesta, joten tiukalla sovitteella varustettuihin laitteisiin jokainen akku ei mahdu kunnolla sisälle. Esimerkkinä lavatube, joka on modaamattomana hyvinkin kranttu akkujen koolle.
Koon heittelyä selittää useimmiten se, että nämä noname-valmistajat ostavat suojaamattomia akkukennoja isoissa erissä bulkkitavarana valmistajilta, lisäävät niihin omat suojapiirinsä, pakkaavat nämä paketteihin sekä laittavat myyntiin. Joissain tapauksissa itse kennon runko on kyseisiin mittoihin mahtuva, mutta positiivisen navan nasta tulee kennon päädyn yläpuolelle.
Akkujen rakenne
Lähes kaikissa yleisesti käytössä olevissa akuissa varautumiskyvyn tuottaa kolme komponenttia: anodimateriaali, katodimateriaali sekä elektrolyytti. Li-Ion akut perustuvat litiumin eri seoksiin. Litiumia käytetään, koska sillä on alkuaineista suurin elektronegatiivisuuspotentiaali, ts. kenno pystyy tuottamaan suurimman jänniteen. Akun energian varastointikyky on riippuvainen kahdesta tekijästä; Jännitteestä sekä virran tiheydestä. Virran tiheyteen vaikuttaa lähinnä käytetty katodimateriaali. Virran purkauskyky muodostuu lähinnä käytettävästä katodimateriaalista.
Akkukemiaa
Litium-akuissa kemiallisina materiaaleina käytetään pääsääntöisesti seuraavia seoksia katodilla (positiivisella navalla):
LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, Li2FePO4, sekä LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2
sekä anodilla (negatiivisella navalla):
grafiittia (LiC6), tai Titanaatti (Li4Ti5O12)
Lisäksi on kehitetty todella monta muuta materiaalia, mitä tähän ei ole listattuna. Yleisimmin käytössä oleva anodimateriaali on grafiitti. Grafiitin huonoja puolia on sen tapa aiheuttaa akun lämpenemistä ladattaessa, mikä taas rajoittaa latausvirran suuruutta, sekä lyhentää käyttöikää. Hyvinä puolina taas on suurempi energiatiheys verrattuna titataattiin.
Yleisimmin puhuttaessa eri akkutyypeistä tarkoitetaan kuitenkin katodimateriaalin valintaa.
Rakkaalla lapsella monta nimeä
Eri käyttäjäkunnat nimeävät käytetyn katodimateriaalin eri tavalla. Yleisimmin käytettävät lyhenteet ovat seuraavat:
IMR, LMO, Litium-mangaanioksidi, LiMn2O4
IMR-kennot tarjoavat suurta käyttövarmuutta ja turvallisuutta purettaessa isoilla virroilla. Tämä johtuu LiMn2O4:n matalasta sisäisestä vastuksesta. Huonona puolena näissä akuissa on niiden heikko varauskyky sekä lämpötilaherkkyys.
ICR, LCO, Litium-kobolttioksidi, LiCoO2
ICR-kennoissa on hyvin suuri kapasiteetti, joten ne ovatkin yleisimmin käytetyt kennot nykypäivinä. Heikkona puolena on LiCoO2:n suuri sisäinen vastus, joka aiheuttaa suurilla virroilla purettaessa lämpenemistä sekä tekee kennorakenteesta epävakaan, joka voi oikosulkutilanteessa johtaa jopa kennon räjähtämiseen.
IFR, LFP, Litium-fosfaatti, Li2FePO4
IFR-akut tarjoavat suurimman purkauskyvyn listatuista katodimateriaaleista. Ne ovat myös todella stabiileita. Huono puoli on niiden heikoin varauskyky, joten kyseisiä akkuja ei juurikaan sähkötupakointipiireissä käytetä.
NMC, Litium (nikkeli-mangaani-koboltti) oksidi, LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2
Tämä panasonicin insinöörien kehittämä, 2004 käyttöön tullut kolmen yleisen katodiaineen seosmateriaali on tällä hetkellä markkinoilla olevista ratkaisuista paras kompromissi varauskyvyn, tehon sekä hinnan suhteen. Turvallisuuskin on lähes samaa luokkaa, mitä IMR-kennoissa saavutetaan.
Miksi akut hajoavat?
Akut kuluvat, pienillä virroilla ladattaessa, pääsääntöisesti katodimateriaalin hajoamisen ja/tai kulumisen johdosta. Anodimateriaali kuluu sisäisen vastuksen aiheuttaman lämpenemisen johdosta. Lisäksi Li-Ion akut kuluvat myös itsekseen ajan kanssa. Tilannetta voisi verrata venytettyyn jouseen, johon on varastoitu kineettistä energiaa. Akku ”väsyy” pitäessään varausta, eikä kykene seuraavilla kerroilla enää samoihin ”jousivakioihin” uudelleen ”venyttäessä” .
Kun akkua ladataan suurilla virroilla, ns. pikalatureilla, alkaa anodimateriaalina käytetty grafiitti hilseillä elektrolyytin joukkoon, heikentäen sen toimintaa ja samalla nostaen sisäistä vastusta. Kun akku pääsee täysin tyhjäksi taikka ylilatautuu, muuttuu sen kemia tehden akusta käytännössä käyttökelvottoman.
Alilatautuminen johtaa akun katodin litium-seosten hapettumista litiumoksidiksi, mikä on akun kannalta peruuntumaton reaktio.
Ylilatautuminen taas hapettaa litiumin toisena osapuolena toimivan aineen, tätäkään ei pystytä enää kääntämään toiseen suuntaan.
Akkujen vaaratekijät
Koska akuissa käytetään Litiumia, ovat ne väärin käytettynä todella vaarallisia. Suurin vaaratekijä akuille on liika kuumuus. Lämmönlähteenä voi toimia jokin ulkoinen tekijä, tai vaihtoehtoisesti akun itsessään aiheuttama lämpö. Oikosulkutilanteessa akun sisäinen vastus muuttaa ison osan vapautuvasta energiasta akun sisäiseksi lämmöksi. Kun tämä lämpötila saavuttaa n. 250oC, alkavat akun kemikaalit reagoida itsekseen tuottaen jatkuvasti lisää lämpöä, samalla kiihdyttäen reaktiota. Koska lämpö ei pääse johtumaan riittävän nopeasti ulos, on tuloksena lähes aina akun tuhoutuminen, jopa räjähtäminen.
Akut sisältävät myös useita myrkyllisiä aineita, joten niitä ei sovi rikkoa.
Akuissa on useita ympäritölle haitallisia/myrkyllisiä aineita, joten niitä ei kannata käydä rikkomaan. Esimerkiksi elektrolyyttinä käytetty etyleenikarbonaatin roiskeet voivat aiheuttaa pysyvän silmävamman. Lisäksi useat aineet aiheuttavat ihokosketuksessa palovammoja. Lisäksi noiden sisältö ei ole millään tavalla mielenkiintoisen näköistä, lähinnä muistuttaa hiilellä päällystettyä tinalevyä. Lisäksi näiden sisältämä litium ei ole alkuaineen muodossa, joten koulujen kemiantunneilta tuttu litium – vesiämpäri –koe ei aiheuta minkäänlaista reaktioita.
Viallinen akku?
Jos akku alkaa kuumeta käytössä polttavan kuumaksi, on suositeltavaa viedä se välittömästi ulos palamattomalle pinnalle ja jäähtymisen jälkeen hävittää se oikeaoppisella tavalla. Oikein valittu akku ei ilman fyysistä vikaa käyttäydy tällä tavalla, vaan on viallinen. Jos kyseinen akku otetaan uudelleen käyttöön, on hyvinkin mahdollista että muodostuneet sisäiset vahingot saattavat akun latauksessa/käytettäessä uudelleen kriittiseen tilaan. Lisäksi vahingon kärsinyt akku menettää varauskykyään huomattavasti.
Akkujen hävittäminen
Kuluneet ja huonokuntoiset akut tulee hävittää viemällä ne akkujen keräyspisteeseen. Nykyään niitä löytyy lähes joka paikasta. Akun positiivinen napa tulee suojata esimerkiksi sähköteipillä, sillä huonossakin akussa on riittävästi energiaa saattamaan se vaaralliseksi tietyissä olosuhteissa oikosulkutilanteessa. Useita keräyslaatikoita on syttynyt palamaan viime vuosina tämän takia. Luontoon näitä ei tule laskea, ne eivät sinne kuulu.
Minkälainen akku sähkötupakkakäyttöön?
Sähkötupakat ovat varsin runsaasti energiaa tarvitsevia laitteita. Näissä akkujen valinnalla on aivan eri tarpeet kuin mitä esimerkiksi taskulamppukäytössä, joten taskulampuissa hyväksi havaitut akut eivät välttämättä ole ollenkaan niin hyviä sähkötupakoissa. Ja toisinpäin sama juttu.
Sähkötupakka imee itseensä, laitteesta riippuen, n. 1-4A suuruisia virtoja. Yleisesti pienille virroille sopii suuren varauskyvyn akut, kun taas isoille virroille suuren purkauskyvyn turva-akut. Akut ovat aina kompromissi. Turvallisuutta, suurta kapasiteettia, suuria virtoja, pitkää elinikää ja jännitteen pito-ominaisuuksia ei kyetä saamaan kaikkia samaan pakettiin. Allekirjoittanut suosittelee näissä sovelluksissa panostamaan eniten turvallisuuteen sekä jännitteen pito-ominaisuuteen. Laite kuitenkin on lähestulkoon aina käytettäessä naamavärkin välittömässä läheisyydessä/kädessä.
Nämä sähkötupakoiden räjähdykset ovat johtuneet väärällä kemialla varustettujen pienien, suojaamattomien akkujen käytöstä liian suurella kuormalla.
Akkujen tulee olla suojattuja. AKKUJEN TULEE OLLA SUOJATTUJA. Suojaamaton akku aiheuttaa kaikista suurimmat vaaratilanteet näissä laitteissa, latautuessaan taikka kuljetuksessa. Väärillä mitoilla valmistetusta akusta monelle tulee varmasti mieleen, että revitäämpäs tämä suojapiiri pois, saadaan akku mahtumaan laitteeseen. Hölmöintä mitä voit oman itsesi, asuntosi, perheesi, kissasi ja koirasi turvallisuuden kannalta tehdä. Voi ajatella vaikkapa laturissa palamaan syttyvää akkua. Vaikka olisitkin vieressä vahtimassa, n. 200oC lämpöinen akku voi olla melko haastava kuljettaa turvalliselle paikalle, puhumattakaan jo palavasta yksilöstä.
Miksi jännitteen pito on tärkeää?
Reguloimattomissa akkumodeissa tämä lienee itsestään selvää. Koska P=UI, jännitteen laskiessa laskee myös atomisaattorin läpi kulkeva energiamäärä = höyryntuotto vähenee.
Reguloiduissa akkumodeissa (lavatube, provari yms.) jännitteen pito on akuston eliniän kannalta tärkeä asia. Koska laitteen regulointipiiri pyrkii pitämään uloslähtevän jännitteen aina samalla tasolla riippumatta sisääntulevan jännitteen tasosta, alkaa se matalilla akun varaustasoilla ottamaan jatkuvasti enemmän virtaa. Tämä on hyvin haitallista akustolle. Esimerkiksi lavatube 5V asetuksella 2A kuormalla imee akusta 10W tehoa. Tämä tarkoittaa täydellä akulla (n.4V) 2.5A kuormaa. Kun akun varaustaso laskee 3.5V, on kuorma jo 2,9A. Akun varaustason laskiessa edelleen, 3.3V tasoon, on purkausvirta jo yli 3A. Tähän tulee päälle vielä itse laitteiston kuluttama sähkö.
Huonommin jännitettä pitävät akut siis menettävät varauksensa huomattavasti nopeammin kuin mitä hyvin jännitettä pitävät näissä reguloiduissa laitteissa. Reguloimattomissa laitteissa voidaan katsoa tasaisen virran mittaustuloksesta lähestulkoon suoraan akun riittoisuuden.
Akun käyttö ja lataaminen
Akkua käytettäessä tulee aina seurailla jäljellä olevan varauksen tasoa jännitemittauksella. Milloin akkua sitten on suositeltavaa sitten viimeistään ladata? Lähes kaikista akuista löytyy nykyään jännitegraafit virrankulutuksen sekä varaustason suhteen. Yleensäottaen jos haluaa käyttää mahdollisimman pitkään samaa akkua latausten välillä kuitenkaan lyhentämättä sen käyttöikää liialti, olisi sen lataus aloitettava viimeistään siinä vaiheessa, kun graafien perusteella jännite lähtee jyrkkään laskuun. Esimerkiksi Panasonicin CGR18650CH:n kohdalla tämä on noin 3.3V tienoilla, 3A kuormalla. Toisaalta li-ion akkuja kannattaa myös ladata aina kun sen on vain mahdollista, nämä akut pitävät siitä että niissä on jatkuvasti korkea varaustaso. Tyhjänä oleva akku menettää jatkuvasti varauskykyään. Lisäksi tunnetusti li-ion-akuissa ei ole vanhojen NiMh yms. muisti-ilmiötä.
Laturi kannattaa valita mahdollisimman pienellä virralla lataavaksi malliksi. Tällöin akkujen anodin grafiitti pysyy pidempää paremmassa ”litiumissa”.
Allekirjoittaneen suosittelemat akkuvalinnat 18650-kennoja käyttäviin laitteisiin.
Tällä hetkellä suosituin akkutyyppi vaikuttaisi olevan AW:n valmistama 1600mAh IMR-kemiaa käyttävä kenno. Hyvä kenno, varmasti turvallinen vaikkakin hieman hintava. AW:lta on tarjolla myös toinen, 2000mAh kenno, joka on kanssa varsin luotettava valinta. Näille kennoilla luvataan joissain yhteyksissä 15A jatkuvaa purkausvirran kestoa, vaikkakin 10A virroilla on raportoitu huomattavaa lämpenemistä. Usean kymmenen ampeerin piikkivirran ei pitäisi vahingoittaa näitä kennoja.
Itse suosittelisin kuitenkin Panasonicin CGR18650CH. Tämä kenno omaa min. 2150mAh kapasiteetin alle 10e hintaan. Lisäksi se kykenee pitämään jännitteen hyvin vakaana suurillakin purkausvirroilla. Kenno itsessään on kykenevä n. 15A purkausvirtoihin ilman suurta hajoamisen vaaraa, mutta valmistaja on rajannut purkausvirran 10A lukemaan kennon käyttöiän takia.
Akkuteknologia on jatkuvan kehityksen alla. Tälläkin hetkellä on useita hyvinkin eksoottisia materiaaleja tutkimuspöydällä, kuten nanomateriaalit, hiiliputket jnejne, lista on pitkä. Ominaisuudet näissä uusissa tuotteissa ovat täysin toisessa luokassa nykyiseen teknologiaan verrattuna. Tämäkin teksti voi olla vanhentunutta jo vuoden päästä ja lähinnä naureskelun kohteena. 10 vuoden päästä asia todennäköisesti onkin näin. Osa lupaavimmistakin tekniikoista tulee kuitenkin jäämään arkistojen aarteiksi, sillä suurimpana ongelmana tällä hetkellä lähes kaikissa uusissa energian varastointimenetelmissä ovat tuotantokustannukset, sekä skaalaaminen laboratorio-olosuhteistä täysimittaiseen teolliseen tuotantoon.
Edit.
1.4.-12 lisää tekstiä
2.4.-12 Otsikon parantelua