Paristo

Paristo (arkikielessä myös patteri) on kemiallisen reaktion tuloksena syntyvän sähköenergian lähde, yksi sähkölaitteiden mahdollisista energianlähteistä. Kemiallista reaktiota muodostuu pääsääntöisesti vain kun pariston plus- ja miinusnavat ovat virtapiirin kautta yhteydessä toisiinsa (galvaaninen yhteys). Perinteisessä paristossa on sinkkiä (anodi, eli miinusnapa) ja hiiltä (katodi, eli plusnapa) ammoniumkloridiliuoksessa (sähköä johtava elektrolyytti).

Paristo koostuu yhdestä tai useammasta sähkökemiallisesta parista, joiden elektrodeilla tapahtuvista hapetus-pelkistysreaktioista syntyy elektrodipotentiaali joka ilmenee elektrodien ulkoisten napojen välillä sähkömotorisena voimana, eli avoimen piirin jännitteenä (V), jolla on kyky tuottaa sähkövirtaa (A). Tarkkaan ottaen paristo tarkoittaa useamman kuin yhden sähköparin kombinaatiota; pari >> paristo. Kombinaatio voi muodostua sarjakytketyistä tai rinnan kytketyistä sähköpareista. Esimerkiksi 9 V:n paristo sisältää kuusi sarjaan kytkettyä 1,5 voltin sähköparia. Pariston ollessa kytkettynä virtapiiriin tapahtuu kemiallisesti  (elektrolyytin välityksellä) toisiinsa yhteydessä olevilla elektrodeilla hapetus-pelkistysreaktio; miinuselektrodilla anodinen hapettuminen ja pluselektrodilla katodinen pelkistyminen. Elektronit virtaavat virtapiirin (kytketyn sähkölaitteen) kautta pariston negatiivisesta navasta positiiviseen napaan. Kuitenkin sähkövirran määritelmän mukainen suunta jännitelähteen (pariston) ulkopuolella on elektronien suuntaan nähden päinvastainen. Tämä ristiriitaisuus syntyi aikanaan, kun sähkövirran suunta määritettiin, eikä vielä tiedetty elektronien suuntaa. Pariston sisällä - elektrodien välillä - sähkövarausta kuljettaa eletrodien välillä olevan elektrolyytin ionit.

Paristolla, niin kuin jokaisella virtalähteellä, on sisäinen resistanssi (vastus). Pariston sisäinen resistanssi kasvaa pariston kuluessa. Jos paristo oikosuljetaan (palovammavaara! räjähdysvaara!), virtaa rajoittaa ainoastaan pariston sisäinen resistanssi. Käytetyn pariston kuntoa - sen antamaa jännitettä - ei sisäisen resistanssin vuoksi tule mitata sellaisenaan sen napojen väliltä, vaan pariston pitää olla kuormitettuna, eli kytkettynä johonkin paristolle sopivaan sähkölaitteeseen (virtapiiriin).

Eri varaustasossa olevia paristoja (uusia ja vanhoja) ei tulisi käyttää yhdessä, sillä laitteessa, jossa paristot on kytketty rinnan,  parempikuntoinen käytännössä lataa huonokuntoisempaa ja paristoja ei ole tarkoitettu ladattaviksi ja voi syntyä vaaratilanteita.  Sarjaankytkennässä huonokuntoisempi rajoittaa suotta parempikuntoisemman antamaa tehoa. Erityyppisiä paristoja (esimerkiksi alkali- ja hiilisinkkiparistoja) ei myöskään pidä käyttää yhdessä. Onkin hyvä käyttää aina saman valmistajan samantyyppisiä uusia paristoja samassa laitteessa.

Sähköparistoja on monenlaisia pienistä rannekellojen,  kuulokojeiden ja taskulaskinten paristoista suuriin erikoisakkuihin. Akut eroavat muista paristoista siinä että ne voidaan ladata uudestaan.

Paristot ovat vaarallista jätettä eikä niitä saa laittaa muun jätteen sekaan. Käytetyt paristot voi viedä kauppojen keräysastioihin. Käytettyjen paristojen navat on syytä aina teipata tulipalovaaran vuoksi.

Historiaa

Voltan patsas
Alessandro Volta kehitti vuonna 1775 teorian staattista sähköä varastoivasta laitteesta, mistä ovat syntyneet nykyiset kondensaattorit  ja vuonna 1799 hän kehitti sinkki- ja hopealevyistä muodostuvan ensimmäisen sähköparin, Voltan patsaan, minkä hän julkisti vuonna 1800.

Daniellin pari
Daniellin pari eli Daniellin elementti on 1820-luvulla kehitetty, pääasiassa tutkimustarkoituksiin käytetty sähköpari, jossa on kuparinen katodi kuparisulfaattiliuoksessa ja sinkkinen anodi sinkkisulfaattiliuoksessa.

Nykyajan paristotyyppejä

Sinkki-hiili-paristo on perinteinen halpa kuivaparistotyyppi.

Alkaliparisto

Alkaliparistot ovat paristoja, jotka kehittävät energiaa sinkin ja mangaanidioksidin (MnO2) välisissä reaktioissa.

Litiumparistot

Litiumparistoja on monilla hieman erilaisilla kemiallisilla koostumuksilla. Monien litiumparistojen napajännite on noin 3 volttia. Litiumparistoja valmistetaan paljon nappimallisina ja niiden itsepurkautuminen on vähäistä, joten ne sopivat hyvin esim. kellojen, laskimien, kameroiden tai varmennusmuistien paristoiksi.

Paristokokoja

Sauvaparistot

Tavallisimpia paristoja ovat pyöreät, sormiparistoiksikin kutsutut sauvaparistot, joita käytetään mm. pöytäkelloissa, radionauhureissa, taskulampuissa sekä kannettavissa cd-soittimissa. Niiden nimellisjännite on 1,5 volttia, ja niiden jännite voi olla 0,9 voltista 1,6 volttiin.

Suurimmat  pyöreät (lieriömäiset) paristot ovat ANSI-tyyppiä D (IEC: LR20). Keskikokoiset C (IEC: LR14), ja pienet ns sauvaparistot ovat tyyppiä AA (IEC: LR6). Kameran paristoksi kutsuttu AAA-paristo (IEC: LR03) on tätäkin pienempi, ja myös lyhyempi - sen pituus vastaa kahden rinnakkain asetetun 20 sentin kolikon leveyttä ilman anodin kohoutumaa.

Nappiparisto

Nappiparistoksi (, ) kutsutaan pieniä pyöreitä vaatteiden nappien näköisiä ja kokoisia paristoja. Nappiparistoja käytetään pienikokoisissa ja vähän virtaa käyttävissä kannettavissa laitteissa kuten rannekelloissa, taskulaskimissa, polkupyörien elektronisissa nopeusmittareissa, sähköisissä sanakirjoissa ja muun muassa soivissa onnittelukorteissa. Litiumnappiparistoja käytetään myös monien sähkölaitteiden kellopiirin tai SRAM-asetusmuistin varmistusparistona.

Tyypillisiä nappiparistoja ovat R43 ja R44.

Lähteet: mm. http://hycell.de/akkus-batterien/knopf-spezialzellen

Litteä paristo
Litteää 4,5 voltin paristoa on käytetty mm. taskulamppujen paristona. Sen sisällä on kolme sarjaan kytkettyä 1,5 voltin paria. Litteässä 4,5 voltin paristossa katodikieli (-) on pidempi kuin anodikieli (+).

Koska nykyään lampuissa 4,5 voltin paristo kielekkeineen on harvinainen, on myyntiin tullut akkupaketteja, jonne voi laittaa muovisen kuoren sisälle kolme 1,5 voltin AA-paristoa, jotka yhdessä sarjaan kytkettynä tuottavat halutun 4,5 V. Litteä paristo on ollut yleinen 1940-luvulta Wehrmachtin kenttätaskulampusta alkaen, mutta myös niin ikään metallikuorisena lamppuna vielä 1970-luvulla. Lampun saattoi ripustaa nahkaisesta kielekkeestä, jossa oli napinläpi rintataskuun, jolloin lamppua ei tarvinnut enää pidellä käsin kuljettaessa. Lampussa oli punainen ja vihreä muovi värittämään valokeilan merkinantoa varten ja valokatkaisin lampussa oli paineltava valolla annettavaa sähkötystä varten. Ruotsin puolustusvoimilla oli 4,5 V:n lamppu muovista toteutettuna vielä 1990-luvulla.

Kuuden voltin paristo
Suurissa taskulampuissa on käytetty kuuden voltin paristoa, joka on voitu korvata kehikolla, johon on kytkettävissä neljä D-kokoista 1,5 voltin paristoa. Kuuden voltin paristossa anodi ja katodi näkyvät pariston pinnasta kohoavina kapeina spiraaleina, jotka eivät muodoltaan eroa toisistaan. Kuuden voltin paristoa tai neljän 1,5 V:n paristoa sarjaan kytkevää kehikkoa on käytetty suuritehoisissa sangallisissa muovivalaisimissa. Kehikossa voi käyttää myös D-koon vaihdettavia 1,2 V:n akkuja 1,5 V:n paristojen sijaan.

Neppariparisto
Nepparipariston nimellisjännite on yhdeksän volttia. Sen katodissa on neljä pystysuuntaista uraa, minkä avulla se joustaa ja tiivistyy laitteen vastakappaleeseen. 

Pariston anodi on uraton ja sileä. Neppariparistoja on käytetty aikaisemmin mm. pienissä radioissa ja LCD-näyttöisissä taskulaskimissa 1970-luvulla ja 1980-luvun alussa. Monissa myöhemmissä taskulaskimissa 1980-luvulle tultaessa sarjaan kytketyt R6-sauvaparistot korvasivat neppariparistoja. 80-luvulla neppariparistoja käytettiin yleisesti TV:n kaukosäätimissä. Kun laskinten näytöt muuttuivat runsaasti virtaa kuluttavista LED-näytöistä LCD-näyttöihin, voitiin sauvaparistot korvata korvakuulokkeen paristoilla tai tätä litteämmillä nappiparistoilla, koska tarvittava varauksen ei tarvinnut olla enää neppari- tai sauvapariston suuruinen ja koska vähävarauksinenkin paristo kykeni tarjoamaan laskimelle toiminta-aikaa runsaasti. Lopuksi laskimet varustettiin aurinkokennoilla, mikä pidensi laskimen toiminta-aikaa entisestään.

Tyypillisin 2000-luvulla neppariparistoja käyttävä laite on asunnoissa vaadittava palovaroitin sekä yleismittari. Tarjolla on olemassa myös nepparipariston kokoisia akkuja. Nepparipariston virtajohto on kohtalaisen harvinainen, mutta sellaisen voi tehdä purkamalla käytetyn nepparipariston ja ottamalla sen liittimen käyttöön johdottamista varten.

Vähän virtaa vaativissa laitteissa käytetään ruskohiiliparistoja, koska tässä ratkaisussa ei ole kadmiumin tai elohopean kaltaisia raskasmetalleja. Sähköinen pari perustuu sinkkiin ja mangaanidioksidiin.

Paristokytkennät

Sarjaankytkentä kasvattaa jännitettä
Mikäli paristot ovat peräkkäin sarjaan kytkettyinä siten, että edellisen pariston anodi (+ -napa) on kytketty seuraavan pariston katodiin (- -napaan), muodostuu paristojen yhteiseksi jännitteeksi niiden jännitteiden summa.

Monissa pienlaitteissa voi olla kaksi, kolme tai neljä 1,5 V:n sauvaparistoa kytkettynä laitekotelossa sarjaan. Näin saadaan 3,0 V:n (2 × 1,5 V), 4,5 V:n (3 × 1,5 V) tai 6,0 V:n (4 × 1,5 V) jännite. 

Monijännitteistä tasavirtamuuntajaa kytkettäessä samaan laitteeseen kannattaa ottaa huomioon, ettei jännite ole korkeampi kuin todennäköinen sarjaan kytkettyjen paristojen yhteisjännite, koska on ilmeistä, ettei laite kestä suurempaa jännitettä muuntajasta kuin paristoistakaan. Se, mitä virtalähde antaa laitteeseen antojännitteenä, selviää tyyppikilvestä. Mikäli yleensä myös tarran muodossa esitetty tyyppikilpi on kulunut niin, ettei laitteen kestämästä jännitteestä saa selvää, on mahdollista hakea laitteen tiedot Internetistä hakurobottiohjelmalla. Liian suurella jännitteellä virtalähteestä syötetty laite saattaa alkaa haista palaneelta, kun muovi sulaa sekä aiheuttaa palovaaran muovikuoren sysyttyä lämmöstä.

Yleiset kotikäytön riskit voivat liittyä mm. siihen, että 19 V:n tietokoneen sylikoneen virtalähteellä syötetään 12 V:n laitetta tai 12 V:n laitetta syötetäänkin 24 V:n virtalähteellä jännitteenalentimetta. Yleensä matalajännitteisissä virtalähteissä on pienemmät liittimet kuin suurijännitteisissä, mutta samoilla liittimillä on useampijännitteistä virtaa saatavilla. Virtalähteen jännitteen voi todeta muun tiedon puuttuessa mm. yleismittarilla, jossa on myös jännitemittari.

Rinnankytkentä lisää käyttöaikaa
Jos taas paristot ovat rinnakkain kytkettyinä siten, että anodit ja katodit ovat keskenään galvaanisessa kosketuksessa, jännite ja paristojen antama virta pysyvät vakioina. Paristoista saatava virta on paristojen virtojen summa, joten yhden pariston antama virta pienenee, joten paristomäärän lisääminen rinnakkaiskytkennässä lisää niiden käyttöaikaa.

Jos paristojen napajännitteissä on eroa, rinnankytkennässä korkeamman jännitteen omaava paristo purkaantuu, kunnes jännitteet ovat tasoittuneet. Siksi paristojen rinnankytkentä ei ole suositeltava tapa, vaan suurta virtaa tarvittaessa tulisi käyttää suurivirtaisia paristomalleja.

Katso myös
Bagdadin paristo

Lähteet

Aiheesta muualla