Kui kaua on laetav aku kõige pikema tööeaga?

Elektrienergia on tänapäevase tsivilisatsiooni arengus asendamatu energiavorm, seega on akud muutunud inimtootmises ja -elus asendamatuks vajaduseks.

Aku kitsas tähenduses viitab seadmele, mis suudab keemilise energia muundada elektrienergiaks. Sellesse veergu kuuluvad kõik meie igapäevaelus kasutatavad akud, näiteks kõige tavalisem kuivpatarei, nimelt mangaantsinkpatarei. Lisaks nikkelkaadmiumakule, nikkelvesiniku akule ja autodele mõeldud alumiiniumhappeakule jne.

Üldistatud aku viitab "seadmele, mis suudab salvestada elektrienergiat muul kujul ja mida saab uuesti elektrienergiaks muuta". Näiteks mõnes kosmoselaevas kasutatav tuumaenergia aku on seade, mis suudab tuumaenergiat elektrienergiaks muuta. Lisaks võib osades valdkondades pumbaelektrijaamade rajamise olemust käsitleda ka hiidelemendi alternatiivse vormina. Nn pumpakumulatsioonielektrijaam kasutab selle salvestamiseks üleliigseid elektrilisi veepumpasid ning vabastab akumulatsiooniveeenergia tootmiseks tippnõudluse ja kuiva hooaja.

Tavalised keemilise energia akud salvestavad elektrienergiat keemilise moodustumise kujul, tuumapatareid salvestavad elektrienergiat tuumaenergia kujul ja pumpakumulatsioonielektrijaamad salvestavad elektrienergiat gravitatsioonilise potentsiaalse energia kujul. Laias laastus on need sisuliselt akud.

Akude puhul on üks kõige olulisem asi: aku eluiga. Põhjus, miks inimesed aku leiutasid, pole mitte ainult energia salvestamine, vaid ka elektriseadmete toiteallikaks igal ajal ja igal pool. Kui liitiumaku aku eluiga on väga lühike ja aku saab varsti tühjaks, peab see olema ebamugav. Usun, et me kõik teame seda. Praegune aku eluiga ei vasta meie vajadustele tegelikult kaugeltki. Väikesi mobiiltelefone on raske kasutada ilma laadimisjaamadeta ja samasuguste raskustega seisavad silmitsi ka uued sellisel jõul töötavad energiasõidukid. Aku tööea pikendamine on muutunud tungivaks vajaduseks.

Kas tead, milline on kõige vastupidavam aku? Võib ju mõelda tuumapatareile, aga ei, Voyager 2-le paigaldatud tuumapatarei on vastu pidanud üle 40 aasta, kuid kõige pikema kestvusega aku pole mitte tuumapatarei, vaid keemiapatarei.

Kas keemilise energia akusid saab kasutada üle 40 aasta? Jah, saab ja vahe on suur. Kõigi aegade pikim aku oli Oxfordi kella patarei. "Oxfordi kellapatarei" koosneb kuivadest virnadest ja paarist kelladest. Järgmises kahes kuivas virnas on kell ja kahe kella vahel metallkuul. Kui metallkuuli kelluke on teisel pool sama laengu tõukejõudu, siis kui teine ​​pool sellega kokku põrkub, toimub laengu ülekanne. Tõukejõud lükkab palli uuesti eemale ja kell heliseb sõltuvalt pidevast toiteallikast.

Kuidas Oxfordi kellapatarei tekkis? Ühel päeval 1840. aastal ostis Oxfordi ülikooli füüsikaprofessor Robert Walker selle seadme instrumenditootjalt ja pani selle Oxfordi ülikooli Clarendoni labori koridori riiulile.

Üllataval kombel heliseb kell kolm aastat, viis aastat ja kümme aastat hiljemgi ja toide pole ammendunud. Inimesed on väga uudishimulikud, millal kella helin peatub, nii et inimesed ootavad aastaid ja aastaid. Lõpuks, 180 aastat hiljem, heliseb Oxfordi ülikooli koridoris Clarendoni laboratooriumi kell endiselt ja nõrgenemisest pole märkigi. Keegi ei tea, kui kaua see heliseb, ja me ei pruugi oodata, kuni see peatub. Mis on nendes kahes kuivas reaktoris, mis toetab 180-aastast helisemist?

Oxfordi kellapatarei kuivkorstna sisemine struktuur on mõistatus. Keegi ei tea, kuna see on nii iidne ja keegi ei eelda, et see nii kaua vastu peab, seega pole keegi pillitootjalt küsinud kuivvirna sisestruktuuri kohta, nii et loomulikult ei tea keegi.

Miks see nii raske on? Miks mitte avada kuivhunnik otse? Jah, kui avate, siis näete. Kuid "Oxfordi kellapatarei" oli ostuhetkest suletud õhukindlasse kahekordsesse klaaskarpi, nii et see oli välisõhust täielikult isoleeritud. Kui avate selle, hävitab see selle algse keskkonna. Nii et inimesed jätkavad ootamist, ootavad hetke, mil see lõpuks peatub, ja siis nad avavad selle, kuid keegi ei tea, kui kaua see avaneb. Oxfordi kellapatarei sisemise ehituse kohta on palju oletusi. Mõned inimesed arvavad, et kuivkorstna sisemine struktuur sarnaneb tänapäevase mangaan-tsinkpatarei omaga, mille positiivne poolus on mangaandioksiid ja negatiivne poolus tsinksulfaat. Kuid kõik on oletus ja vastust ei avaldata enne, kui see peatub.