Avainero lyijyhappo- ja litiumioniakkujen välillä on, että lyijyhappoakku vaatii säännöllistä huoltoa, sen käyttöikä on lyhyempi ja se on halpa, kun taas litiumioniakulla on pidempi käyttöikä, suurempi hyötysuhde ja se on kallis.
Lyijyakku ja litiumioniakku ovat tärkeitä teknologioita ladattavien akkujen teollisuudessa. Näillä kahdella tyypillä on erilaiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet.
Mikä on lyijyakku?
Lyijyakku on ladattava akku, jonka ranskalainen fyysikko Gaston Plante keksi vuonna 1859. Se oli ensimmäinen ladattava akku, joka koskaan tehtiin. Tämä akku eroaa nykyaikaisista akuista, ja näiden akkujen energiatiheys on suhteellisen pieni. Lisäksi nämä akut pystyvät syöttämään suuria ylijännitevirtoja, mikä tarkoittaa, että kennoissa on suuri teho-painosuhde. Lisäksi lyijyakut ovat halvempia, mikä tekee niistä houkuttelevia autoteollisuudessa. Tämä johtuu siitä, että se pystyy tarjoamaan käynnistysmoottorien vaatiman suuren virtamäärän.
Kuva 01: Lyijyhappoakku autoon
Koska tämäntyyppiset akut ovat edullisia verrattuna nykyaikaisiin akkuihin, ne ovat hyödyllisiä myös silloin, kun ylijännitevirta on merkityksetön ja muut mallit pystyvät tarjoamaan korkean energiatiheyden. Lyijyakkujen myynti vuonna 1999 oli noin 40-50 % myytyjen akkujen kokonaisarvosta kaikkialla maailmassa.
Tyypillinen lyijyakku sisältää lyijysulfaattia (PbSO4) ja laimeaa rikkihappoa (H2SO 4). Purkaustilassa sekä positiiviset että negatiiviset levyt muuttuvat PbSO4,ja elektrolyytillä on taipumus menettää suurin osa liuenneesta rikkihaposta muodostaen pääasiassa vettä. Negatiivinen levyreaktio on seuraava:
Pb(s) +HSO4–(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e
Kaksi johtavaa elektronia vapautuu tässä vaiheessa, mikä antaa tälle elektrodille negatiivisen varauksen. Näiden elektronien kerääntyminen luo sähkökentän, joka voi houkutella vetyioneja ja torjua sulfaatti-ioneja. Tämä puolestaan aiheuttaa kaksinkertaisen kerroksen muodostumisen lähellä pintaa.
Mitä tulee positiiviseen levyreaktioon, se voidaan ilmaista seuraavasti;
PbO2(s) + HSO4–(aq) + 3H +(aq) + 2e → PbSO4(s) + 2H2O(l)
Siksi lyijyakun sisällä tapahtuva yleinen reaktio on:
Pb(s) +HSO4–(aq) + 3H+(aq) → 2PbSO4(s) +2H2O(l))
Täysin ladattuna negatiivinen levy sisältää kuitenkin lyijyä ja positiivinen levy lyijydioksidia. On elektrolyyttinen liuos, jossa on korkeampi vesipitoisen rikkihapon pitoisuus. Tämä elektrolyytti varastoi suurimman osan kemiallisesta energiasta.
Mikä on litiumioniakku?
Litiumioniakku on ladattava akku, jossa on kennoja, joissa litiumioni siirtyy negatiiviselta elektrodilta positiiviselle elektrodille elektrolyytin kautta purkauksen aikana. Käänteinen prosessi tapahtuu latauksen aikana. Tyypillisesti litiumionikennot käyttävät yleensä interkaloitua litiumyhdistettä, joka toimii materiaalina positiivisessa elektrodissa. Yleensä negatiivisessa elektrodissa käytetään grafiittia.
Kuva 02: Litiumioniakku
Lisäksi litiumioniakulla on korkea energiatiheys. Mutta sillä ei ole muistiefektiä ja alhainen itsepurkautuminen. Akun kennot valmistetaan priorisoimalla joko energiaa tai tehotiheyttä. Litiumioniakut voivat kuitenkin olla turvallisuusriski, koska ne sisältävät syttyviä elektrolyyttejä, jotka voivat johtaa räjähdyksiin ja tulipaloihin vaurioituessaan tai virheellisen latauksen seurauksena.
Yleensä perinteisen litiumionikennon negatiivinen elektrodi on valmistettu hiilestä. Positiivinen elektrodi on metallioksidi. Lisäksi elektrolyytti on litiumsuola orgaanisessa liuottimessa. Kennon läpi kulkevan virran suunnasta riippuen elektrodien sähkökemialliset roolit vaihtuvat anodin ja katodin välillä. Kaupallisessa mittakaavassa yleisin anodi on grafiitti, kun taas positiivinen elektrodi on yksi kolmesta materiaalista: kerroksinen oksidi, polyanioni tai spinelli.
Mitä eroa on lyijyhappo- ja litiumioniakulla?
Lyijyakku oli ensimmäinen ladattava akku, joka koskaan tehtiin. Litiumioniakku on toinen ladattava akkutyyppi. Tärkein ero lyijyhappo- ja litiumioniakun välillä on, että lyijyakku vaatii säännöllistä huoltoa, ei kestä kauan ja on halpa, kun taas litiumioniakulla on korkea hyötysuhde, pidempi käyttöikä ja se on kallis.
Yhteenveto – Lyijyhappo vs litiumioniakku
Yleensä litiumioniakut ovat usein parempia kuin lyijyakut niiden suhteellisuuden ja tehokkuuden ansiosta. Tärkein ero lyijyhappo- ja litiumioniakun välillä on, että lyijyakku vaatii säännöllistä huoltoa, ei kestä kauan ja on halpa, kun taas litiumioniakulla on parempi hyötysuhde, pidempi käyttöikä ja se on kallista.
