A akkumulátor, amely valójában egy elektromos cella, olyan eszköz, amely kémiai reakcióból áramot termel. Szigorúan véve, az akkumulátor kettő vagy több cellából áll, amelyek sorosan vagy párhuzamosan kapcsolódnak egymáshoz, de a kifejezést általában egyetlen cellára használják. A cella negatív elektródból áll; egy elektrolit, amely ionokat vezet; elválasztó, szintén ionvezető; és pozitív elektródot. Az elektrolit lehet vizes (vízből álló) vagy nemvizes (nem vízből álló), folyékony, paszta vagy szilárd formában. Amikor a cellát külső terheléshez vagy táplálandó eszközhöz csatlakoztatják, a negatív elektróda a terhelésen átáramló elektronok olyan áramát szolgáltatja, amelyet a pozitív elektróda elfogad. A külső terhelés eltávolításakor a reakció leáll.
Az elsődleges akkumulátor az, amely vegyszereit csak egyszer képes villamos energiává alakítani, majd el kell dobni. A másodlagos akkumulátor rendelkezik elektródákkal, amelyek rekonstruálhatók úgy, hogy az áramot visszavezetik rajta; tároló vagy újratölthető akkumulátornak is nevezik, sokszor újra felhasználható.
Ez az akkumulátor nikkel-oxidot használ a pozitív elektródjában (katód), a kadmiumvegyületet a negatív elektródjában (anód), és kálium-hidroxid-oldatot használ elektrolitként. A nikkel-kadmium akkumulátor újratölthető, így ismételten ciklikusan forog. A nikkel-kadmium akkumulátor a kémiai energiát kisüléskor elektromos energiává alakítja, és újratöltéskor az elektromos energiát kémiai energiává alakítja. Egy teljesen lemerült NiCd elemben a katód nikkel-hidroxidot [Ni (OH) 2] és kadmium-hidroxidot [Cd (OH) 2] tartalmaz az anódban. Az akkumulátor töltésekor a katód kémiai összetétele átalakul, és a nikkel-hidroxid nikkel-oxi-hidroxiddá (NiOOH) változik. Az anódban a kadmium-hidroxid kadmiummá alakul. Az akkumulátor lemerülésekor a folyamat megfordul, amint az a következő képlet szerint látható.
A nikkel-hidrogén akkumulátor hibridnek tekinthető a nikkel-kadmium akkumulátor és az üzemanyagcella között. A kadmium elektródát hidrogén gáz elektród váltotta fel. Ez az akkumulátor vizuálisan sokkal különbözik a nikkel-kadmium akkumulátortól, mert a cella nyomástartó edény, amelynek több mint ezer font / hüvelyk (psi) hidrogéngázt kell tartalmaznia. Szignifikánsan könnyebb, mint a nikkel-kadmium, de nehezebb csomagolni, hasonlóan a tojásládahoz.
A nikkel-hidrogén akkumulátorokat néha összekeverik a nikkel-fémhidrid akkumulátorokkal, amelyek általában a mobiltelefonokban és a laptopokban találhatók. A nikkel-hidrogén, valamint a nikkel-kadmium akkumulátorok ugyanazt az elektrolitot, kálium-hidroxid oldatot használják, amelyet általában lúgnak neveznek.
A nikkel / fém-hidrid (Ni-MH) akkumulátorok fejlesztésének ösztönzői az egészségügyi és környezetvédelmi aggályok nyomán jelentkeznek, hogy pótolja a nikkel / kadmium újratölthető elemeket. A munkavállalók biztonsági követelményei miatt az Egyesült Államokban az akkumulátorok kadmium-feldolgozása már folyamatban van. Ezenkívül az 1990-es és a XXI. Század környezetvédelmi jogszabályai valószínűleg kötelezővé teszik a kadmium használatának korlátozását a fogyasztók által használt elemekben. E nyomások ellenére az ólom-sav akkumulátor mellett a nikkel / kadmium akkumulátor továbbra is a legnagyobb hányad az újratölthető akkumulátorok piacán. A hidrogén alapú akkumulátorok kutatásának további ösztönzői abból az általános hitből származnak, hogy a hidrogén és a villamos energia kiszorítja és végül helyettesíti a A fosszilis tüzelőanyagok energiahordozó hozzájárulásának jelentős része, amely megújuló energián alapuló fenntartható energiarendszer alapjává válik forrásokból. Végül, jelentős érdeklődés mutatkozik a Ni-MH akkumulátorok fejlesztése mellett elektromos járművek és hibrid járművek számára.
A KOH elektrolit csak az OH-ionokat szállítja, és a töltés szállításának kiegyensúlyozása érdekében az elektronoknak a külső terhelésen keresztül kell keringniük. A nikkel-oxi-hidroxid elektródot (1. egyenlet) alaposan kutatják és jellemzik, és alkalmazását széles körben demonstrálták mind a szárazföldi, mind az űrkutatásban. A Ni / fémhidrid akkumulátorokkal kapcsolatos jelenlegi kutatások nagy része a fémhidrid anód teljesítményének javítását célozza. Pontosabban, ez megköveteli egy hidrid elektróda kifejlesztését, amelynek a következő jellemzői vannak: (1) hosszú ciklus élettartama, (2) nagy kapacitás, (3) nagy töltési és kisütési sebesség állandó feszültség mellett, és (4) visszatartás kapacitás.
Ezek a rendszerek különböznek az összes korábban említett akkumulátortól, mivel nem használnak vizet az elektrolitban. Ehelyett nemvizes elektrolitot használnak, amely szerves folyadékokból és lítiumsókból áll, hogy biztosítsák az ionvezetést. Ennek a rendszernek a cellafeszültsége sokkal nagyobb, mint a vizes elektrolit rendszereknél. Víz nélkül kiküszöbölik a hidrogén és az oxigén gázok fejlődését, és a sejtek sokkal szélesebb potenciállal működhetnek. Ezenkívül összetettebb szerelést igényelnek, mivel ezt szinte tökéletesen száraz légkörben kell elvégezni.
Számos nem újratölthető elem először lett kifejlesztve anódként lítium-fémmel. A mai órákhoz használt kereskedelmi érmecellák többnyire lítiumkémiát jelentenek. Ezek a rendszerek sokféle katódrendszert használnak, amelyek a fogyasztók számára elég biztonságosak. A katódok különféle anyagokból készülnek, például szén-monofluoridból, réz-oxidból vagy vanádium-pentoxidból. Az összes szilárd katódrendszer korlátozott az általuk támogatott kisülési sebességnél.
A nagyobb kisülési sebesség elérése érdekében folyékony katódrendszereket fejlesztettek ki. Az elektrolit ezekben a konstrukciókban reaktív és reagál a porózus katódon, amely katalitikus helyeket és elektromos áramgyűjtést biztosít. Ezekre a rendszerekre számos példa a lítium-tionil-klorid és a lítium-kén-dioxid. Ezeket az akkumulátorokat űrben és katonai célokra, valamint a földi vészjelzőkhöz használják. Általában nem érhetők el a nyilvánosság számára, mivel kevésbé biztonságosak, mint a szilárd katódrendszerek.
Úgy gondolják, hogy a lítium-ion akkumulátor technológia következő lépése a lítium-polimer akkumulátor. Ez az akkumulátor a folyékony elektrolitot helyettesíti vagy gélesített elektrolitmal, vagy egy valódi szilárd elektrolittal. Ezeknek az akkumulátoroknak feltételezhetően még könnyebbek lesznek, mint a lítium-ion akkumulátoroknál, de jelenleg nem tervezik ezt a technológiát az űrben repülni. Ugyancsak nem széles körben kapható a kereskedelmi piacon, bár talán a sarkon található.
Visszatekintve hosszú utat megtettünk a szivárgás óta zseblámpa a hatvanas évek elemei, amikor született űrrepülés. Számos megoldás érhető el az űrrepülés sok igényének kielégítésére, 80 nulla alatti hőmérséklettől a napenergia repülésének magas hőmérsékletein. Lehetséges kezelni a hatalmas sugárzást, évtizedes üzemidőt és több tíz kilowattot elérő terhelést. Ez a technológia folyamatosan fejlődik, és folyamatosan törekszik a továbbfejlesztett akkumulátorokra.