Paměťový efekt (memory effect)

Paměťový efekt je poněkud nešťastně zvolený název pro jev, který byl poprvé pozorován a popsán v padesátých létech minulého století u NiCd akumulátorů pro kosmické aplikace (S.Gross: Studie spolehlivosti NiCd akumulátorů pro NASA). Jeho mechanizmus byl vysvětlen v první polovině sedmdesátých let. Bohužel je to nejčastěji mylně interpretovaný a neseriozními distributory neoprávněně v konkurenčním boji zneužívaný pojem. Tento jev vzniká při opakovaném vybíjení NiCd akumulátorů (min. 50 –100 ×) na malou, ale vždy stejnou hloubku vybití. Jeho podstatou jsou změny krystalové struktury záporné elektrody. Je to reverzibilní jev snadno odstranitelný plným vybitím akumulátoru. Projevem paměťového efektu je vznik druhého vybíjecího stupně, což je náhlý pokles napětí akumulátorového článku zhruba o 50 až 100 mV (obrázek č. 1.10), při tom nedochází k poklesu kapacity článku. U akumulátorů, kde kadmium není elektrochemicky aktivní složkou záporné elektrody se paměťový efekt vyskytovat nemůže.

1.10.Paměťový efekt u NiCd akumulátoru

I v odborných kruzích existuje nejednotnost v používání pojmu paměťový efekt. Část autorů nazývá paměťovým efektem výskyt každého druhého vybíjecího stupně, někteří autoři označují paměťový efekt pouze druhý vybíjecí stupeň, který lze eliminovat hlubokým vybitím akumulátoru a řada autorů používá toto označení v původním (a správném) smyslu pro druhý vybíjecí stupeň NiCd akumulátorů způsobený vratnými strukturálními změnami aktivní hmoty kadmiové elektrody (rekrystalizace záporné elektrody).

Ani v Mezinárodním elektrochemickém slovníku pojem Paměťový efekt se neuvádí.

U laické veřejnosti se stalo módou každou závadu akumulátoru nebo akumulátorových baterií považovat za paměťový efekt. Bohužel jsou tyto názory podporovány výrobci "zázračných" nabíječů, které dokážou tento jev zaručeně odstranit. Rovněž některé kutilské časopisy vytrvale podobné názory šíří, někteří zákazníci dokonce požadují dodávku akumulátorů, které nemají "tu paměť".

Z uvedených důvodů doporučujeme vyhnout se používání pojmu "paměťový efekt" a používat jednoznačnější označení "druhý vybíjecí stupeň".

Do dnešní doby bylo posáno několik dalších mechanizmů vzniku druhého vybíjecího stupně (nikoliv paměťového efektu) u NiCd, ale i také u NiMH a Li akumulátorů. Pro ilustraci zde uvádíme některé z nich:

• Vznik intermetalické sloučeniny Ni5Cd21
• Fázové transformace
• Rekrystalizace na kladné elektrodě
• Efekt přídavku Li
• Příčiny u baterií - vedle výše zmíněných mechanizmů vznikají vybíjecí stupně u vícečlánkových sériově zapojených baterií při vybití článku (článků) s nejmenší kapacitou.

Při běžném používání NiCd akumulátorů se s klasickým paměťovým efektem nesetkáme. Je i velice obtížné tento jev nasimulovat v laboratorních podmínkách. Dříve, než proběhnou potřebné počty nabíjecích a vybíjecích cyklů, je pravděpodobnější, že nastanou problémy se zkušebním zařízením, ať je to tester nebo klimatizace nebo záložní UPS nebo ovládací software.

Není nám známo zařízení, kde by mohlo docházet k pravidelnému, vždy stejnému, vybíjení a nabíjení akumulátoru. Jediné zařízení, kde k tomu dochází, je satelit na oběžné dráze, ale to zase není zařízení, které vlastní běžný uživatel akumulátorů nebo čtenář těchto stránek.

Stalo se však naprosto běžné, každou závadu NiCd, ale mnohdy i NiMH akumulátorů vydávat za tento jev. Přitom se obvykle jedná o běžné závady. Zpravidla to bývá:

• Porušení hermetičnosti chybnou obsluhou
• Ztráta kapacity způsobená špatným skladováním NiMH akumulátorů
• Závada v důsledku použití nevhodného typu akumulátoru pro danou aplikaci
• Zničení akumulátoru nevhodným způsobem nabíjení
• Výrobní vad
• Snížení kapacity po ukončení životnosti akumulátoru

Paměťový efekt versus přebíjení

Nejčastěji byl paměťový efekt zaměňován s přebíjení — pokračující nabíjení plně nabitého akumulátorového článku nebo baterie přebíjením akumulátorových baterií. K tomu může dojít, když se pouze částečně vybitý akumulátorový článek nebo akumulátorová baterie podrobí rychlému nebo zrychlenému nabíjení v nabíječi s časovým ukončením nabíjecího procesu. V takovémto případě dojde k přebíjení nepovoleně velkým nabíjecí proud — elektrický proud, kterým se akumulátorový článek nebo baterie nabíjí nabíjecím proudem a k poškození zdroje nárůstem vnitřního tlaku v článcích a jeho zahřátím na vysokou teplotu. Vybíjení článků před zrychleným nebo rychlým nabíjením v nabíječích s pouze časovým ukončením nabíjení bylo doporučováno z důvodu zamezení přebíjení, ne pro zamezení vzniku paměťového efektu.

Paměťový efekt a hermetičnost akumulátorů

Dalšími, často se vyskytujícími závadami plynotěsných NiCd, ale i NiMH akumulátorů je poškození jejich hermetičnosti. K tomu obvykle dochází při přepólování některého z článků při hlubokém vybíjení baterie, při přebíjení akumulátorů nepovoleně velkým proudem nebo při nabíjení za velmi nízkých teplot (pod 0° C). K poškození bezpečnostní ventil — ventil zvláštní konstrukce, který dovoluje uvolnit plyn z akumulátorového článku, aby se zamezilo škodlivému vnitřnímu tlaku a tím roztržení nádoby článkupojistného ventilu může také dojít v důsledku neodborného pájení vývodů na víčko akumulátoru. Proto se doporučuje na akumulátorové články bodovat pájecí praporky. Poškození těsnosti článků může být buď trvalé (např. poškození těsnění zejména u knoflíkový článek — článek válcového tvaru, jehož celková výška je menší než jeho průměr, t.j. ve tvaru knoflíku nebo mince knoflíkových akumulátorů, které nemají pojistný ventil) nebo dočasné (v případě, že pojistný ventil se automatiky uzavře po uvolnění přetlaku), které rovněž vede k výraznému zkrácení životnosti. Při úniku plynného kyslíku, vznikajícího při přebíjení kladná elektroda — konstrukční část článku obsahující aktivní materiál, na níž dochází během vybíjení podle konvence k redukční reakcikladné elektrody, mimo vnitřní prostředí článku, nedojde k rekombinační reakci na záporná elektroda — konstrukční část článku obsahující aktivní materiál, na níž dochází během vybíjení podle konvence k oxydační reakcizáporné elektrodě dle rovnice (3), čímž nastane vzájemná nevyváženost nábojů obou elektrod (je zlikvidována nabíjecí kapacitní rezerva záporné elektrody). Toto může mít za následek vývin vodíku na záporné elektrodě se všemi tomu odpovídajícími negativními důsledky, jako je vznik třaskavé směsi kyslíku a vodíku, ochuzování roztoku elektrolytu o vodu apod.

Další běžnou závadou hermetických NiCd a NiMH akumulátorů zapříčiněnou chybným používáním je zvětšení samovybíjení — jev, při kterém článek nebo baterie ztrácí energii jiným způsobem než vybíjením do vnějšího obvodu samovybíjení následkem opakovaného nabíjení za zvýšených teplot.