Akkumulátorok

      Az akkumulátorok esetén nem elektronok, hanem ionok a töltéshordozók. Tehát nem fém vezeti az áramot hanem egy oldott vegyület, ami lehet sav, lúg vagy pedig só. Amikor ezek feloldódnak (például vízben), a molekulák (pozitív és negatív) ionjaikra szakadnak szét (disszociáció), az ionokat tartalmazó oldatot elektrolitnak nevezzük. Fizika órákról tudjuk, hogy az akkumulátor egy elektrokémiai energiatároló, mely a töltéskor bevitt egyenfeszültséget vegyi energiává alakítja át és tárolja, majd kisütéskor ugyancsak egyenfeszültséggé alakítja vissza. A galvánelemek működése a legegyszerűbb példa tárolás és kisütés megértéséhez. Vegyünk két elektródát, egy anódot (negatív pólus) és egy katódot (pozitív pólus). A katód legyen rézlemez az anód cinklemez és helyezzük őket külön, saját sójuk vizes oldatával feltöltött tartályokba. Ez lesz az elektrolit, a cink-szulfát és a réz-szulfát. A két tartályban lévő elektródákat terheljük le például egy villanyégővel, majd a két tartály oldatait kössük össze egy sóhíddal, zárván az áramkört. A cink (anód) az oldatba kerülve elektront ad le ami a villanyégőn keresztül a rézelektródára (katódra) kerül. A réz-szulfátban lévő rézionok felveszik az elektront és kiválnak a lemezre. Mivel cink-szulfátban a pozitív ionok (kationok), a réz-szulfátban a negatív ionok (anionok) kerülnek többségbe (nagy lesz a potenciálkülönbség), a töltéskiegyenlítés érdekében szulfátionok vándorolnak a rézoldatból a cinkoldatba, zárván az áramkört. A folyamat végeredménye egy világító villanyégő. Az akkumulátorok élettartama korlátos, a villanyégő is csak addig fog világítani, míg valamelyik kémiai résztvevő el nem fogy, például míg a szulfátionok többsége át nem vándorol a cink-szulfát oldatba.

Sokan összetévesztik az anódot a katóddal amikor akkumulátorról van szó. Ez azért van, mert a kisütési áram iránya ellentétes a töltőáram irányával. A gyakran használt elektronikus alkatrészeken, például a félvezetőknél az anód pozitív saroknak, a katód pedig negatív saroknak van feltüntetve. Ráadásul nem az elektronáramlás irányát, hanem a félvezetőkre jellemző lyukáramlás (elektronhiányok) irányát rajzolják bele a kapcsolásik rajzokba. Ne feledjük el, hogy ezek az alkatrészek fogyasztók és nem termelők. Az áramot fogyasztónál az anód-pozitív, a katód-negatív, az áramot termelőnél viszont az anód-negatív, a katód-pozitív. Következtetésképp, mikor az akkumulátort töltjük, az fogyasztónak értelmezzük, mikor kisütjük akkor pedig termelőnek.

Sokféleképpen lehet osztályozni az akkumulátorokat, felhasználásuk szerint lehetnek indító vagy ciklus akkumulátorok, ezen belül vontatási vagy járműhajtó akkumulátorok, de lehetnek helyhez kötött vagy ipari felhasználásúak is valamint vezeték nélküli készülékek akkumulátorai. Felhasználás függvényében más-más felépítésű akkumulátorokat különböztetünk meg, ezért felépítés szerint igyekszem őket osztályozni. Ez előtt azonban tisztázni kell még néhány alapfogalmat

      Az akkumulátor kapacitását amperórában (Ah) mérjük és ahogy azt az elnevezés is sugallja, az óránkénti leadott áramerősségre vonatkozik. 1Ah-s akkumulátor egy órán keresztül 1A áramerősséget tud szolgáltatni. A legtöbb típusú akkumulátor esetén így szokás jelölni a kapacitást, ezért vásárlás előtt nem árt ilyen formában is kiszámolni szükséges áramfelvételt. Például ha egy készüléket aminek 10A az áramfelvétele és fél óráig kell akkumulátorról üzemeljen, akkor legkevesebb 10Amper x  0.5óra = 5Ah-s akkumulátorra lesz szükség. A gépjármű indítóakkumulátor kapacitást azonban nem 1, hanem általában 20 órás kisütési periódus alatt leadott árammal specifikálják (C-ráta = C20 vagy C/20 vagy 0,05C), így az 55Ah-s akkumulátor nem azt jelenti, hogy 1 óráig folyamatosan 55A-t tud szolgáltatni (ekkora terhelés tönkre is tenne egyilyen akkumulátort), hanem hogy 20 órán keresztül minden órában 2.75A-t (55Ah/20h) képes leadni. Nem lenne helyes a 2.75Ah jelölés, mert ezt a teljesítményt nem 1 hanem 20 órán keresztül tudja szolgáltatni. Ez a 20 órás vonatkoztatás a német W. Peukert tudósra vezethető vissza, ugyanis ő fedezte fel, hogy az ólom akkumulátorok kapacitásánál fontos szerepet játszik a kisülés sebessége: minél gyorsabban sütjük ki azaz minél jobban leterheljük, annál kisebb kapacitást kapunk. Ha például 2.75A-nél jobban leterheljük az 55Ah kaapcitású akkumulátort akkor csökken annak kapacitása. 5A-el terhelve 11 óráig kéne bírja, de ez fordítva is igaz, kevesebb amperrel nő a kapacitás, 2A mellett 27.5 óráig kéne terhelhető legyen, sőt, 1A mellett 55 óráig. Ez sajnos csak elméletben igaz, a valóságban görbék a karakterisztikák, sokkal kevesebb időn belül lemerül mindkét végletnél.
      Az indítóakkumulátoroknál még szokás feltüntetni az indítóáramot (MCA - Marine Cranking Amps), amit az akkumulátor képes leadni 30 másodpercen keresztül 0C fok hőmérsékleten, a hidegindító áramot (CCA - Cold Cranking Amps) ami szintén 30 másodpercre értendő de -18C fok hidegben és a melegindító áramot (HCA - Hot Cranking Amps) - 30 másodpercig, 27C fokon. Természetesen a 30 másodperc maximális a időtartamot jelenti, általában ha már 5-6 másodperc után nem indul be a gépjármű, akkor már lehet az akkumulátorra (vagy bármi másra) gyanakodni.
      Az energiasűrűség (Wh/kg) azt mutatja, hogy egy kilogrammnyi akkumulátoranyag mekkora teljesítményt tud szolgáltatni egy órán keresztül.

      Az indító és ciklikus akkumulátorok között a kisülési paraméterek tesznek különbséget. Az indító akkumulátorokat elsősorban a belsőégésű motorok beindítására használják, ahol nagy energialöketre van szükség a mechanikus alkatrészek megmozdításához. Egy ilyen terhelés tönkre is tehet egy ciklikus akkumulátort, mert azok nem képesek egyszerre akkora áramot leadni olyan gyorsan. Az indító akkumulátor sok vékony ólomlemezből áll a felület maximalizálása miatt, és az indítóáram csupán 1-3% töltöttségveszteséget okoz, amit a motorra kapcsolt generátor hamar visszatölt. Ha huzamosabb ideig kis terheléssel meríti valami (fényszóró, rádió, stb.), akkor a kelleténél jobban lemerülhet és a vékony ólomlemezek elhajolnak vagy kilyukadnak. Az indító akkumulátor a gépjármű beindítására szolgál, onnantól az alternátor látja el elektromossággal a többi berendezést, így az akkumulátornak nem kell jobban merülnie. Az indító akkumulátor általában 30-150 teljes lemerítési ciklust bír ki mielőtt tönkremegy, ám normális használat esetén több ezer indító ciklust is elvisel. Ezzel szemben, a ciklikus akkumulátor jobban lemeríthető és többször, viszont a hidegindító képessége (CCA) sokkal kisebb, kb. a fele az indító akkumulátornak. Legfőképp elektromos járművekben vagy lakókocsikban található, mert ott van szükség többszörös (ciklikus) töltésre és merítésre. Az akkumulátor annál többször tölthető fel, minél kevésbé volt lemerítve. Ha a lemerítés folyton teljes mértékű, akkor a ciklusok száma is csökken. Az ólomlemezek vastagok, emiatt több teljes lemerítés-töltés ciklust viselnek el mielőtt kivékonyodnának, ám a kisebb felület kisebb indítóárammal jár. Egy ciklikus akkumulátor nem képes elindítani egy autót, vagy ha mégis, az alternátor gyors töltőárama megrövidíti élettartamát. A töltője általában kevés árammal, hosszú ideig tölti az akkumulátort.

      Sok esetben szükség lehet olyan akkumulátorra, amely a motor beindítására, és folyamatos merítésre is egyaránt megfelel. Ebben az esetben a lítium alapú akkumulátorok jöhetnek szóba, melyek bár drágábbak, élettartamuk hosszabb, a kapacitásuk egészét kihasználják és súlyuk is sokkal kisebb az ólomsavas akkumulátorokhoz képest. Amikor egy akkumulátor kapacitását kell meghatározni, akkor fontos szempont a kisülési idő megmérése. Minél hamarabb lemerül egy akkumulátor, annál kisebb kapacitású. Egy 200Ah ólomsavas akkumulátor 20 órán keresztül 10A, 4 órán keresztül 50A áramerősséget kellene szolgáltasson ahhoz, hogy teljes kapacitású legyen. Ha az akkumulátor 12V-os, akkor 6 darab 2V-os cellából áll. A cellák 1.75V alatt számítanak lemerültnek, tehát ha a terhelési teszt végén még 10.5V feszültség mérhető az akkumulátor sarkain, akkor teljes kapacitásúnak mondható.

Bár a fenti görbék ideális esetet szemléltetnek, viszont egy 11.5V alá lemerített akkumulátor már nem képes ellátni a feladatát. A kisülés mélységét ezért korlátozni kell, például az indító akkumulátort 80% alá nem szabad meríteni, míg a ciklikust akár 20% töltöttségig is meríthető. Mindez azt jelenti, hogy a kapacitás nincs teljes mértékben kihasználva. A kisülés mélysége (DOD – Depth Of Discharge) az akkumulátorok egyik fontos jellemzője, és egyben a töltés-merítés ciklusban használható kapacitást mutatja. Az indító akkumulátorok általában 20% DOD-vel, a zselés akkumulátorok 25% DOD-vel, a ciklikus akkumulátorok 50-80% DOD-vel rendelkeznek. Peukert törvénye alapján minél nagyobb terhelést kap az akkumulátor, annál kisebb lesz a kapacitása, azaz annál hamarább lemerül. A DOD értéke tehát más lesz 50A terhelésnél és más 10A terhelésnél.

\[t=H(\frac{C}{IH})^k\]

A képlet eredménye egy időtartam órában számolva, ameddig az akkumulátor kitart, ha I árammal sül ki. A kisülési periódus (H) általában 20 óra, de régebbi akkumulátorok 10 órás kisülési periódussal is rendelkezhetnek. A C az akkumulátor kapacitása amperórában és k a Peukert hatványkitevő, ami az akkumulátor adatlapján szerepel, az ólomsavas akkumulátorok esetén 1.2 és 1.6 között van.

A 200Ah akkumulátor időtartama, amikor 10A-rel terhelődik:

\[t=20\text{h}(\frac{200\text{Ah}}{10\text{A}\cdot 20\text{h}})^{1.3}=20\text{h}\]

A 200Ah akkumulátor időtartama, amikor 50A-rel terhelődik:

\[t=20\text{h}(\frac{200\text{Ah}}{50\text{A}\cdot 20\text{h}})^{1.3}=2.47\text{h}\]

A számításokból az derül ki, hogy a 200Ah akkumulátor a kapacitását legtöbb 10A áramerősség mellett tudja még őrizni. Ahogy nő a terhelés, úgy csökken a kapacitás is: 50A-es terhelés már 2.47hx50A=123.5Ah kapacitást biztosít. Ráadásul ez még mindig ideális eset, hisz a képlet nem tartalmazza a hőmérsékletet és az önkisülési tényezőt, emellett a Peukert hatványkitevő az akkumulátor élettartamával nő.

A lítium akkumulátorok kisülési görbéje egyenesebb marad terhelés esetén is, azaz kapacitására nincs akkora hatással a kisülés az ólomsavas akkumulátorhoz képest. Egy 12V / 100Ah lítium-ion akkumulátor kisülési görbéje:

A nagy és kis terhelések görbéi közel állnak egymáshoz, tehát a terhelés növelésével nem veszik el az akkumulátor kapacitása jelentős mértékben. A Peukert hatványkitevő értéke a lítium akkumulátornál 1-hez nagyon közeli szám. A feszültség azért tartja olyan soká a szintet, mert kisülés közben az akkumulátor melegszik, amitől belső ellenállása csökken. Minél kisebb egy akkumulátor belső ellenállása, annál kisebb a feszültségesés rajta, annál több feszültség esik a terhelésen. Az ólomsavas akkumulátorok ebben jobbak, belső ellenállásuk sokkal kisebb.

Összességében elmondható, hogy a lítium akkumulátorok jobban kihasználják kapacitásukat mint az ólomsavas társaik. Míg az ólomsavas kb. 30% kapacitást hasznosít, addig a lítium kb. 95%-ot, vagyis a lítium 1/3 része is kitesz egy ólomsavast. Más szóval egy 12Ah ólomsavas akkumulátor ekvivalens egy 4Ah lítium akkumulátorral. Sokszor Wh mértékegység van a lítium akkumulátoron feltűntetve, 4Ah = 4x12V = 48Wh.

      A memóriaeffektus vagy kristályképződés vagy elszulfátosodás: ritka használatkor fordul elő, ilyenkor az elektródalemezek felszínén (például ólom-szulfát) kristályok alakulnak ki, amiket normál töltéssel már nem lehet összetörni vagy megmozdítani és ez csökkenti az akkumulátor kapacitását. Legrosszabb esetben a kristály kiszúrhatja a cellákat elválasztó membrán falát. Ez azonban csak a mélyebb rétegekben történhet meg, mert ha nem merítjük le teljesen az akkumulátort, akkor kevésbé fognak mozgásba kerülni az itt lévő részecskék. Tehát ha el akarjuk kerülni az elkristályosodást, akkor legalább havonta egyszer merítsük le teljesen az akkumulátort. Nem minden akkumulátortípus hajlamos az elkristályosodásra (például a lítium alapú akkumulátor sem), így ezek nem szorulnak efféle karbantartásra.


      Az akkumulátorok formázása: azért szükséges, hogy elősegítse a teljes kapacitás elérését, ugyanis a legtöbb akkumulátor nem képes teljes kapacitást nyújtani első kisütéskor. Tulajdonképpen a gyártási folyamat utolsó lépése, általában a nikkel alapú akkumulátorok igénylik feltétlenül a formázást. A formázás alatt az akkumulátor ismételt teljes lemerítését-feltöltését kell érteni. A lítium alapú akkumulátorok nem igényelnek formázást, viszont a több cellás lítium akkumulátorokat nem árt legalább egyszer teljesen lemeríteni és feltölteni, hogy a cellák azonos töltöttségi szintre jussanak és az elektrolit eloszlási egyenetlenségei is eltűnjenek. Ugyanez érvényes bármely más többcellás akkumulátorra is. Típustól függően több formázási ciklust is igényelhet az akkumulátor, például a nikkel alapúnak 5 teljes lemerítés-feltöltés kell, az ólomsavasnak 50. A legfontosabb a formázásnál a töltő. Minden akkumulátort csakis a maga töltőjével szabad tölteni. Az univerzális töltőket vagy a gyanúsan olcsó töltőket kerüljük el. Egy normális töltő csak addig tölt amíg az akkumulátor fel nem telik, figyelve arra, hogy a különböző töltöttségi szinten milyen gyorsan töltsön. Például a nikkel akkumulátort a lassú töltés tönkreteszi, általában 2 órán belül feltelik, az ólomsavasnak már 8 óra kell legalább, de ez a cellák számától is függ. Nem elég az, hogy megfelelő a feszültség és az áramerősség. A lítium akkumulátorok nagyon érzékenyek a töltőre, főként azért, mert az esetleges túltöltés azonnal tönkreteszi őket. A Li-Ion töltő egy cellát kb 1 órán belül 4.1V-ra tölt, majd 20 percig folyamatosan csökkentve a töltőáramot feltölti teljesen 4.2V-ig. Ezután megáll a töltés, bármeddig hagyjuk a töltőben, nem megy tönkre az akkumulátor (egy hibás töltő, mely 4.3V-ig enged egy cellát feltelni, azonnal tönkreteszi az akkumulátort). A nikkel alapú akkumulátorok gyártói általában 16-24 órás folyamatos töltést javasolnak formázásnak. Formázni csak akkor kell, mikor új az akkumulátor, vagy mikor legkevesebb 6 hónapig nem volt használva. A lítium akkumulátornál erre nincs szükség, a töltési ciklusok egyformák, az első ugyanannyira maximális mint az utolsó. Arra sem érzékenyek, ha nem merítjük le teljesen, vagy ha nem töltjük fel teljesen (nem jellemző a memóriaeffektus). Tulajdonképpen a lítium akkumulátornak egyik véglet sem ideális: sem az, ha teljesen le van merülve (a mobiltelefonok például ez ellen úgy védekeznek, hogy 5%-os töltöttségnél kikapcsolnak), sem pedig az, ha maximálisan fel van töltve. Nagyjából 3.92V cellafeszültséggel nyújtják a leghosszabb élettartamot.

Típusok:

1. Savas akkumulátorok
2. Lúgos akkumulátorok
3. Lítium akkumulátorok
4. Nátrium-kén akkumulátorok
5. Zselés akkumulátorok
6. AGM akkumulátorok
7. Üzemanyagcellák
8. Magnézium akkumulátorok
9. Napelem
10. Szuper-kondenzátor

1. Savas (vagy ólom) akkumulátorok
      Gyakori felhasználás: gépjárművek indítóakkumulátora.

      Három fontos kémiai alapanyagból áll: ólom (a negatív anód), ólom-oxid (a pozitív katód), desztillált vízzel hígított kénsav (az elektrolit). A feszültség függvényében több sorba kötött cellából állhatnak, egy cella feszültsége általában 2V. Energiasűrűsége a legkisebb minden akkumulátor közül, 30-40Wh/kg. A kénsav sűrűségét (töménységét) a hőmérsékleti viszonyoktól függően keverik, és erre érdemes odafigyelni a gépjármű-akkumulátorok esetén, hiszen már tudjuk, hogy kisütéskor az ionok kiválnak a lemezekre felhígítván a savat ami alacsony hőmérsékleten akár meg is fagyhat. Töltéskor a kénsav újra töményül tehát ha hideg van, igyekezzünk az akkumulátort többször tölteni, mint kisütni. Az nem megoldás, hogy töményebb elektrolitot töltünk bele, hisz nem megfelelő hőmérsékleten az erős savképződés a lemezeken zárlatot is okozhat. Nyáron pedig arra kell ügyelni, hogy el ne párologjon a desztillált víz az akkumulátorból, ellenőrizzük és töltsük utána. Vannak gondozásmentes kivitelű (folyékony elektrolitú) akkumulátorok is, melyek beömlőnyílása le van zárva, az ilyeneket csak a szigorúan előírt hőmérsékleten ajánlott használni. Ami a töltést illeti, az akkumulátort a névleges kapacitásának 10%-nyi áramával szabad tölteni, például az 12V/50Ah-s akkut 5 Amperrel, a 12V/80Ah-sat 8 amperrel. A töltőfeszültség cellánként lehet 2.4 - 2.75V típustól függően. Ha az ólomsavas akkumulátor termináljai tartalmazhatnak antimont (a mechanikai szilárdság és töltésbefogadás javítására), kalciumot (a hidegindítóáram növelésére) vagy mindkettőt a kapacitás és teljesítmény növelése érdekében.

2. Lúgos akkumulátorok
    A lúgos akkumulátor azt jelenti, hogy a kémiai oldat nem savas (0-7pH értékű), hanem lúgos (7-14pH értékű) oldat. Az ólomakkumulátorokkal szemben, a lúgos akkumulátorok cella feszültsége nem 2.4V, hanem 1.2V. A töltőfeszültség cellánként lehet 1.6 - 1.8V típustól föggően.

Ni-Cd (nikkel-kadmium - 1899)

A katód a nikkel-oxid-hidroxid, az anód pedig kadmium. Az elektrolit a kálilúg vizes oldata (kálium-hidroxid). Hajlamos a memóriaeffektusra. Előnye, hogy nagy kisütő áramot elvisel, hátránya a mérgező kadmium mellett, hogy nagy a belső ellenállása (töltését egy hónap alatt terhelés nélkül is elveszti). Sok téren felhasználják, hordozható rádióban, mobiltelefonban, de előnyét a villanólámpa használja ki a legjobban. Energiasűrűsége 40-60Wh/kg.

Ni-Fe (nikkel-vas - 1910)

      A katód a nikkel-oxid-hidroxid, az anód pedig vas. Az elektrolit a kálilúg vizes oldata. Az akkumulátor teste acélból van, ami növeli tartósságát más akkumulátorokkal szemben, tűz- és robbanásbiztos. Előnyei közé sorolható az is, hogy nem szenved károsodást sem a túltöltéstől, sem a ritka használattól. Hátránya, hogy nagy a belső ellenállása, ezért magára hagyva ez is hamar lemerül, akárcsak az Ni-Cd akkumulátor. Felhasználása a szünetmentes tápegységekben (UPS) elterjedt, ilyent használnak a vasúti jelzőrendszerekben is valamint a szünetmentes tápot igénylő telekommunikációs eszközöknél. Energiasűrűsége 50-55Wh/kg. Ezt a típust a mai napig használják.

Ni-MH (nikkel-metál-hidrid - 1989)
    
      A katód a nikkel-oxid-hidroxid, az anód pedig egy hidrogén-megkötő fémötvözet, ami töltéskor megköti az elektrolit hidrogénjét, kisütéskor pedig leadja azt. Az elektrolit a kálium-hidroxid. Ezek az akkumulátorok kevésbé hajlamosak a memóriaeffektusra, elég három havonta teljesen lemeríteni őket. Előnye, hogy nem mérgező és jobb energiatároló (kapacitású) mint az Ni-Cd, azonban drágább és bonyolultabb töltőt igényel. Energiasűrűsége 30-80Wh/kg. Alkalmazták már mobiltelefonokban, laptopokban és elektromos autókban.

Zn-Ag (cink-ezüst - 2009)

      A katód ezüst-oxid, az anód pedig cink. Az elektrolit a kálium-hidroxid vizes oldata. Nagy az energiaűrűsége (kapacitása), 130Wh/kg, ezért kevés újratöltést igényel így magas az élettartama is. Emellett nem tartalmaz gyúlékony vagy robbanékony anyagokat. Hátránya, hogy költséges, drágább mint a Lítium-ion és kevesebbszer is tölthető újra, ezt viszont ellensúlyozza az, hogy az elhasznált akkumulátor 95%-ban újrahasznosítható és a kapacitása pedig 40%-al nagyobb a Lítium-ion akkumulátorénál. Ez már a modern akkumulátorokhoz sorolható, ilyeneket használnak a Holdjárókon, az első Mars-járművekben is ilyen volt. Előbb utóbb mind ilyen akkumulátorokra váltják le a laptopok Lítium-ion akkumulátorait is.

3. Lítium akkumulátorok
      A lítium akkumulátorok azért sorolandók külön osztályba, mert felépítésüket tekintve az elektrolitjuk szerves oldat. A lítium nagyon könnyű és normál potenciálja a legmagasabb a fémek között (3V fölötti, egyes cellák közel 4V-osak is lehetnek). Éppen ezért sokféle reakcióval használják a lítiumot, ezek alapján a következő kategóriák lehetnek:

1. Folyékony katódos 

Li-SO2(Lítium-kén-dioxid - 1979)

      A katód porózus szerkezetű szén, az anód pedig a lítium. Az elektrolit acetonitril oldószeres lítium-bromid oldat. A kén-dioxid belégzése légúti betegséghez vezethet. Nagyon költséges előállítani, csak katonai célokra használják, -55C foktól 70C fok hőmérsékleten képes üzemelni. Energiasűrűségük és élettartamuk is kisebb mint a lítium-tionil-kloridé de így is nagyobb bármely szilárd katódos vagy szilárd elektrolitos akkumulátorénál. (400-500Wh/kg)

Li-SOCl2(Lítium-tionil-klorid - 1980)

      A katód porózus szerkezetű szén és tionil-klorid, az anód pedig a lítium. Az elektrolit lítium-alumínum-klorid. Nagyon magas energiaűrűségük miatt (az összes lítium akkumulátor közül ez a legnagyobb energiasűrűségű - 700Wh/kg) katonai eszközökben, biztonsági rendszerekben használják. Kibírja a -55C - 150C fok közötti hőmérsékletet is. A tionil-klorid vízzel vagy egyéb reagens anyaggal érintkezve robbanásszerűen gázokat bocsát ki, ezért gyártása csakis vegyi fegyverekről szóló egyezménnyel történhet. Hosszabb élettartamúak mint a Li-MNO2 vagy a Li-CFX akkumulátorok (a leghosszabb élettartamú akkumulátor). Élettartamuk megközelíti a 20 évet, a kivitelezéstől (henger/érme/ostya) függetlenül.

2. Szilárd katódos

Li-MnO2(Lítium-mangán-dioxid - 1964)

A katód mangán-dioxid, az anód pedig a lítium. Az elektrolit propilén-karbonát és 1,2-dimetoil-etán. Alacsony hőmérsékleten (-20C) nagy terhelést, magas hőmérsékleten (60C) kisebb terhelést bírnak. Stabilitásuknak köszönhetően igen nagy az élettartamuk, ilyen akkumulátor a Duracell is. Energisasűrűségük 230Wh/kg. Elsősorban katonai és orvosi alkalmazásoknál használják, de ilyent használnak digitális kamerákban, CB-rádiókban és egyéb hordozható készülékekben.

Li-CFX(Lítium-polikarbon-monofluorid - 1970)

A katód karbon-monofluorid, az anód pedig a lítium. Az elektrolit lítium-tetrafluoro-borát (LiBF4) propilén-karbonátban és dimetoxi-etánban oldva. Nagy kapacitásúak, jól birják az alacsony hőmérsékletet (akár -30C fokot is) és élettartamuk akár 10 év is lehet, éppen ezért 1 cellás laposelemként órákban, számológépekben, memóriákban valamint vezeték nélküli alkalmazásokban használják. Energiasűrűségük 250Wh/kg.

3. Szilárd elektrolitos 

Li-I2 (Lítium-jodid -1971)
   
A katód poli-2-vinil-piridin (P2VP), az anód pedig a lítium. Az elektrolit szilárd lítium-jodid. Nagyon hosszú az élettartama (10 év körüli) de nem bírja a nagyobb terhelést, 0-70C hőmérséklet közt lehet használni. Energisaűrűsége 230Wh/kg. Orvosi implatntátumokban, szívritmuskeltőkben (pacemaker) használják.

Li-Ion (Lítium-ion - 1991)
   
A katód lítium-kobalt-oxid, az anód pedig egy szénvegyület (pl. grafit). Az elektrolit lítium-tetrafluoro-borát (LiBF4). Energiasűrűsége 160Wh/kg. Nem képződnek kristályok ezért nincs semmiféle memóriaeffektus ennél az akkumulátornál, sőt nem is ajánlott teljesen kisütni egy Li-ion akkumulátort. Laptopok, mobiltelefonok akkumulátorai.

Li-Poly (Lítium-polimer - 1997)
   
A katód lítium-kobalt-oxid, az anód pedig lítiumpor alapú. Az elektrolit egy poliakrilnitril alapú zselé szerű polimer, amitől a cellák vékonyabbak és rugalmasabbak lesznek. Előnye a fizikai méreteiben rejlik, nagyon kicsik és vékonyak és persze rugalmasak. Ennél fogva könnyűek is és a zselés elektrolit biztonságosabbá teszi őket. Energiasűrűsége 130-200Wh/kg. Hátránya, hogy élettartama rövidebb, töltési ideje nagyobb mint az elődjeinek és költséges előállítani. Laptopok, mobiltelefonok, drónok akkumulátorai.

Összesítve a leírtakat számos előnyt sorolhatunk fel a lítiumakkumulátorok mellett:
- magas az energiasűrűségük (az Ni-Cd kétszerese)
- nem vesztik el a töltést mert viszonylag kicsi a belső (kisütési) ellenállásuk.
- magas a cellánkénti feszültségük (feltöltve 4V, lemerítve 3V körül) éppen ezért például a mobiltelefon akkumulátorok csak egyetlen cellából állnak, a laptop akkumulátorok meg 6-8 cellából.
- könnyűek, ezért kis hordozható eszközökhöz ideálisak.
- nem képződhetnek kristályok, így nem kell tréningeztetni.
- kevés mérgező anyagot tartalmaznak
Hátránya talán az, hogy egyelőre drágább elődjeinél és hogy a töltése bonyolultabb az Ni-MH töltésénél is.
Még sok más kísérlet született (pl. Lítium-réz-oxid, Lítium-levegő, Lítium-vas-foszfát) ám sokuk gyártása rövid idejig tartott nagyobb hátrányaik miatt.

      Mivel rengeteg készülék tartalmaz Lítium alapú akkumulátort, érdemes megemlíteni, hogy az akkumulátor halála legtöbb esetben az elpúposodással, felfúvódással kezdődik. Ez kémiai rendellenességekre utal, amit elsősorban a gyártáskor kell kiküszöbölni. Az első Lítium akkumulátorok gyakran kudarcot vallottak a gyártás során keletkező szennyeződések miatt. A leggyakoribb szennyező anyag a víz, de sok más anyag is okozhat oxidációt a Lítium cellában. Alapvetően minden oxigén tartalmú anyag, amiből az oxigén elektrolízissel vagy hővel ki tud szabadulni szennyeződéssé válik és minden olyan anyag ami nem az anód, katód vagy köztük lévő elektrolit, az szennyeződésnek számít és csökkenti a cella kapacitását valamint megnöveli annak térfogatát. Minden gyártó köteles garantálni a tiszta gyártási folyamatot és felelősséget vállalni érte. Ha egy vízmolekula kerül a cellába és abból leválik az oxigén (hő vagy elektrolízis során), akkor ott marad a hidrogén is, ami vagy az anódra, vagy a katódra rakódik attól függően hogy melyik oldalhoz közelebb ment végbe a reakció vagy éppen mennyire töltött az akkumulátor. A végeredmény mindenképp a Lítium-Hidroxid, ami 1 lítiumatomból, 1 hidrogénatomból és 1 oxigénatomból áll. A szabadon kószáló oxigénatomok egymással is kombinálódhatnak O2 vagy O3-at alkotva. A gázok a hőre kitágulnak, a hidegre összehúzódnak. A púpos akkumulátort be lehet tenni a hűtőbe és újra kivékonyodik, de ezzel nem javul meg az akkumulátor, a gázok továbbra is jelen lesznek és kivéve a hűtőből újra megduzzasztják az akkumulátor celláját. Bár igyekszenek jól bebugyolálni az akkumulátor celláit, a nedves, párás vagy meleg helyeken való létük növeli az oxigén kialakulásának valószínűségét.
      Egy másik oka a púposodásnak a túltöltés illetve túlmerítés. Itt is lehet a gyártókat okolni, mert minden Lítium akkumulátorba kötelesek védőáramköröket ágyazni és ezek bizony elromolhatnak. A Lítium akkumulátor túltöltése vagy túl gyorsan való töltése ugyanoda vezet, azaz szabad (fölösleges) Lítiumhoz az anódon és szabad oxigénhez a katódon. A szabad oxigénatomok elég kicsik ahhoz, hogy szabadon (töltés nélkül) átvándoroljanak az anódra és Lítium-oxiddá kombinálódjanak. Ezt egyfajta rozsdaként kell elképzelni, ami plusz súlyt jelent az akkumulátorra nézve. A Lítium-oxid viszont már kevesebb oxigénatomot használ el mint amennyi ionizált állapotban volt, így ismét fölösleges oxigénatomokról beszélünk. Ha túlmerítjük vagy túl gyorsan merítjük le (pl. rövidre zárjuk), akkor az ellenkezője igaz, vagyis a Lítium-oxid a katódon keletkezik, de kisebb arányban. Az akkumulátor folyamatos használata is korrodálódást okoz mindkét póluson amitől megnő a cella belső ellenállása és ettől nagyobb terhelés esik rá a fogyasztó részéről, gyakorlatilag önmagát rombolja, öregíti. Az akkumulátor akkor tart a legtöbbet, ha lassan merítjük és lassan töltjük. Ellenkező esetben a leírtak mellett az akkumulátor még melegedni is fog, ami elősegíti a szabad oxigénatomok kialakulását.
      A harmadik okot az anódot és katódot elválasztó anyag gyenge minősége adja. Ezt szeparátornak is nevezik és fő feladata hogy megakadályozza az anód és katód közti zárlatot de átengedje a töltéshordozókat. Minél vékonyabb ez a membrán, annál nagyobb a cella energiasűrűsége, ám annál gyengébb és veszélyesebb mechanikus szempontból. Az első Lítium akkumulátorokat éppen ez tette veszélyessé, ma már rugalmas és vastagabb szeparátort használnak. A túl vastag membrán viszont növeli a belső ellenállást, ami az akkumulátor túlmelegedését okozza. A hő oxigént szabadít fel, az oxigén pedig felpuffasztja a cellát. Leggyakrabban zselés szeparátort használnak, ami nagyjából optimális paramétereket szolgáltat. A nem megfelelő anód-katód pár is problémát okozhat, hisz egy kicsivel több vagy kevesebb Lítium legyen egyik oldalon és máris kezdetét veszi a púposodás.
      Ezek után elmondható, hogy a Lítium akkumulátorok nagyon könnyen felpuffadhatnak. Ez azonban elkerülhető, ha a gyártó által megszabott korlátokon belül töltjük és merítjük az akkumulátort, valamint lehetőleg szobahőmérsékleten, száraz helyen használjuk őket. Ha hasonlóképpen járunk el egy már felpuffadt akkumulátorral, akkor azt bátran használhatjuk tovább (a csökkent teljesítménnyel kompromisszumot kötve), hisz nem adunk okot további gázok képződésére.

4. Nátrium-kén (NaS) akkumulátorok

      A katód folyékony kén, az anód folyékony nátrium (tehát a működési hőmérséklet 290-390C fok). Az elektrolit szilárd, alumíniumoxid tartalmú ionvezető kerámia. Hasonlóan az ólomsavas akkumulátorokhoz, a cellafeszültség 2.076V, az energiasűrűség viszont elérheti a 150-240Wh/kg-ot. Előnyük, hogy sokkal olcsóbbak mint az ólomsavas akkumulátorok és élettartamuk is nagyobb (15év, 2500 töltés/kisütés). Hátránya a törékeny kerámia-elektrolit, ami ha eltörik, a reakcióképes folyékony nátrium gyulladást, akár robbanást is eredményezhet. A magas működési hőmérséklet miatt hőszigetelni kell a környező alkatrészektől. Felhasználása főként a hálózati villamosenergia tárolásánál gyakori (víz, szél, hőerőművek), de minden más nagyméretű energiatárolás esetén ilyen akkumulátort használnak (nehéz dolgokat szállító járműveken, űrsiklókon). Leginkább 1980-1995 között volt népszerű, utána leváltotta a lítium akkumulátor, ám a mai napig előveszik ezt az akkumulátor típust és próbálják csökkenteni az üzemi hőmérsékletét (kisebb fajlagos hőveszteség), hogy ezáltal kisebb méretben is gazdaságosan használható legyen.

5. Zselés akkumulátorok

            Ez az akkumulátor is a savas akkumulátorok közé sorolandó azonban a zselés elektrolit miatt nem igényel folyamatos gondozást. Biztonsági szeleppel rendelkezik, ami töltés során keletkező felesleges gázokat kiengedi (tehát túlnyomás ellen véd - kb 7 bar), éppen ezért a VRLA (Valve Regulated Lead-Acid) - szeleppel szabályozott ólom-sav akkumulátor osztályba sorolják. Az elektrolit kénsavja szillika-géllel (szilícium-dioxiddal) van elzselésítve, ami két praktikus előnyt jelent: jobban bírja az extrém hőmérsékleti viszonyokat és a rázkódástól vagy az akkumulátor falának meghasadásától sem megy tönkre. Emellett ritka használat során sem szulfátosodik el és 100%-os kisütés esetén életciklusa meghaladhatja a 300 kisütést is. Energiasűrűsége az ólomsavas akkumulátorra jellemző alacsony 35-40Wh/kg, töltése kényes és lassú, mert kevés feszültséggel kell tölteni, cellánként 2.4V-al, azaz 12V-os aksit 14.4V-al kell tölteni (ha nagyobbal töltjük, akkor gázbuborékok keletkeznek a zselében amik nem tudnak kiszabadulni és csökkentik az akku teljesítményét), míg a folyékony kénsavas akkumulátort 2.5V-al, azaz a 12V-os aksit 15V-al (mindezt 20C fokon). A töltőáram legfeljebb 30-35%-a lehet a névleges kapacitásnak, de célszerű a kapacitás 10%-ával tölteni, hasonlóan a hagyományos ólomsavas akkumulátorhoz. A töltéskori gázkibocsátás minimális, ami keletkezik az sem káros a környezetre, ezért sok házon belüli eszközben is megtalálható mint például a szünetmentes tápegységekben (UPS) ahol a Nikkel-Vas akkumulátort váltja fel, vagy egyéb környezetbarát közlekedési eszközben mint például a segédmotoros kerékpár, elektromos tolószék, önegyensúlyozók (Segway) vagy akár vitorlázó kis repülőgépek. Gépjárművekben ritkán használnak ilyen típust, ha igen akkor csak kis lökettérfogatúakon vagy motorkerékpárokon (ritka esetben). Ennek több oka is van. Először is költségesebbek mint a sima savas vagy az AGM akkumulátorok, másodszor pedig az imént említett lassú és kényes töltés miatt nem lehet közvetlenül az alternátorra kötni, egy speciális töltés-szabályzót is be kell építeni az alternátor és az akkumulátor közé.

6. Felitatott üvegszálas (Absorbent Glass Mat vagy AGM) akkumulátorok
      

      Az AGM akkumulátor is a VRLA osztályba tartozik akár a zselés akkumulátor (pontosabban ennek egyik variánsa), viszont más tulajdonságokkal bír és sokan összetévesztik a zseléssel, ezért külön lett csoportosítva. A különbség a zseléshez képest  az, hogy az elektrolit mint folyékony kénsav, a lemezek közti üvegszálas anyagban van felitatva. Ez az anyag a bór-szilikát mibe vékony üvegszálakat szőnek, nagyon sűrűn, hogy üveggyapotként elég nagy felületet biztosítson ahhoz, hogy megszívja magát az élettartamának megfelelő mennyiségű elektrolittal. Így az elzselésített elektrolithoz hasonlóan ez sem folyik ki, ha megsérül az akkumulátor fala. Az üvegszálak és az elektrolit nincsenek hatással egymásra, ezért az üvegszálak szigetelő szerepet töltenek be. Tehát az elektrolit nincs rátapadva az ólomlemezekre, ami a, szulfátosodást jelentősen lecsökkenti. A felitatást követően még 2-5%-nyi kénsavat kicsavarnak az üveggyapotból és csak utána tömködik be a lemezek közé. A cellalemezek kialakítása lehet lapos, hajlított vagy henger alakú is, felhasználástól függően (a ciklikus és indító akkumulátorok mind négyszögletűek). Energiasűrűsége szintén 35-40Wh/kg, viszont kevésbbé kényes töltés szempontjából (nem igényel speciális töltőt vagy speciális töltés-szabályzót). A töltés során keletkezett oxigén és hidrogén nagy része re-kombinálódik (vízzé alakul), ezért nem kell tartani a kiszáradástól. Az AGM élettartama jóval rövidebb mint a zselésé (200 ciklus 100%-os kisütésnél), belső ellenállása is kisebb, ezért gyorsabban feltelik és a töltését nem veszti el olyan hamar. Felhasználják napelemekben, lakókocsikban, szünetmentes tápegységekben, mindenütt, ahol a zselést is (lassan teljesen leváltja) és a gépjárművekben. A VRLA akkumulátorokat mindenféle extrém helyszíneken erőszeretettel használják, mert nem kell tartani attól, hogy repedés esetén tönkremegy (ATV-ben, robotokban, hajókon, katonaságnál, sarkvidéken, stb.)

7. Üzemanyagcellák

      Az ötlet 1839-ben született (William Grove), azonban csak az 1960-as években valósulhatott meg (a Gemini űrpogram során). Akár más akkumulátor vagy elem, ez is egy elektrokémiai eszköz, azonban ha egyik kémiai összetevő elfogy benne, nem kell eldobni, vagy órákig tölteni, hanem egyszerűen megtankoljuk üzemanyaggal és máris üzemképes. Talán nem is a legmegfelelőbb szó rá az akkumulátor, mert állandó üzemanyagra és oxigénre van szükség a működésre. Az üzemanyag a hidrogén, ami oxigénnel kombinálódik (az elektrolízis fordítottja), elektromos áramot, hőt és vizet állítván elő. A hidrogént egy nagynomású tartályban tárolja, míg az oxigént a levegőből nyeri az akkumulátor. Mivel nincs égési folyamat, nincs káros kibocsátás sem, az egyetlen melléktermék a tiszta víz. Az anód felveszi az üzemanyag tartályból a hidrogént, a katód pedig összegyűjti a levegőből az oxigént. Az anódon van egy platina katalizátor, ami a hidrogént elektronra és protonra választja szét, amik áramlani kezdenek a katód fele. A protonok az elektroliton keresztül, míg az elektronok a fogyasztón keresztül haladnak mint elektromos áram. A katódon lévő katalizátor újra egyesíti az oda ért elektronokat a protonokkal és az oxigén molekulákkal, vizet hozván létre. A folyamat során hő is termelődik. Mint minden akkumulátornak, ennek is megvan a maga hátránya. Az előny az, hogy a hidrogén egy igen egyszerű kémiai elem (egy proton és egy elektron), a világegyetem 90%-a ebből az anyagból áll és a harmadik leggyakoribb elem a Földön is. Korlátlan üzemanyag pedig korlátlan energiát jelent. A hátrány is a hidrogénben rejlik, mert az mindig kötődik egy másik anyaghoz így előbb fel kell szabadítani, cseppfolyósítani (-253C fok) ami jelentős energiát igényel, legalább annyit, amennyit a végül az akkumulátorból kapunk. Ezért semleges energiának is nevezik a hidrogént. Emellett a tárolása csak nehéz vastagfalú palackokban lehetséges, hogy megőrizze cseppfolyósított formáját. Egy megoldás a problémára az üzemanyag átalakítóval (reformer) ellátott rendszer, ami bármely szénhidrogén vegyületből kiválasztja a hidrogén molekulákat, mint például a földgázból, a metanolból, a butánból vagy éppen a gázolajból. Ezek átalakítása során azonban széndioxid keletkezik, de nem akkora mennyiségben mint például egy olyan autó esetén, amely a gázolajból égési folyamat során nyeri az energiát. Az üzemanyag átalakítók hátránya, hogy nem elég gyorsak ahhoz, hogy lépést tudjanak tartani nagyobb fogyasztás esetén. Grafén membránokkal akár a levegőből is kinyerhető a hidrogén, ugyanis ez a membrán átengedi a protonokat. Az akkumulátor cellafeszültsége 0.6-1V. Íme néhány típus:

PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - Protoncserélő-membrános üzemanyagcella - 1998)
Úgy is rövidítik, hogy PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell - Polimer elektrolit üzemanyagcella). Az anód és a katód között egy szilárd polimer membrán található, mint elektrolit.  A működéséhez megfelelően nedvesen kell tartani a polimer membránt, ezért külön vízgazdálkodó rendszerre is szükség van, aminek köszönhetően a víz nem fog hamarabb elpárologni mint ahogy termelődik. Az akkumulátornak tiszta hidrogénre van szüksége, különben könnyen eltömődhet a membránja. A működési hőmérsékletet is kordában kell tartani, hogy az üzemanyagcella a legjobb teljesítményt nyújtsa. A működését felügyelő eszközök összessége (ide értve az oxigént szabályzó szelepeket, kompresszort, pompákat és egyéb kiegészítőt) 30% energiát használ el a termelt energiából. A működési hőmérséklet 80-93C fok körüli, azonban létezik 120-200C fokon működő változat, amely reformerrel is el van látva. Előnye, hogy az energia/súly aránya nagy, viszonylag gyorsan beindul amint hidrogént kap és energiasűrűsége meghaladhatja a 2000Wh/kg-ot. Éppen ezért gépjárművekben (2000-4000 órás élettartam), ciklikus akkumulátorként (ez esetben az élettartam eléri a 40000 órát) hasznosítható.

AFC (Alkaline Fuel Cell - Lúgos üzemanyagcella - 1960)

Ez a legolcsóbb üzemanyagcella. Működési hőmérséklete lehet 25-75C vagy 100-246C fok típustól és nyomástól függően, energiasűrűsége 45Wh/kg, cellafeszültsége 0.8-1V. A lúgos elektrolit azbeszt mátrixban rögzített koncentrált kálium-hidroxid és éppen emiatt a szén-dioxiddal könnyen reakcióba léphet, megváltoztatván az elektrolit anyagát kálium karbonáttá. Tiszta hidrogénre van szüksége, a reformerrel való működéshez külön CO2 szűrőt igényel. A katalizátor nem platina, hanem bármilyen fémoxid vagy nemesfém. A szén-dioxidra való érzékenysége miatt nem megfelelő földi alkalmazásokra, azonban vízalatti környezetben vagy űrhajókon (az Apollo űrprogramban is ilyent használtak) nagyon előnyös. Hasonló üzemanyagcella a hidrazin üzemanyagcella, mely abban különbözik, hogy katódján nem tiszta hidrogént, hanem hidrazint (diamint) kap, működési hőmérséklete alacsonyabb és energisűrűsége eléri a 800Wh/kg-ot.

PAFC (Phosphore Acid Fuel Cell - Foszforsavas üzemanyagcella - 1965)

A legelső forgalmazott üzemanyagcella. Ahogy a neve is utal rá, az elektrolit koncentrált foszforsav (ortofoszforsav). Ennél a rendszernél a katódon keletkező víz nem hasznosul, egyszerűen elpárolog az üzemi hőben, nincs szükség vízgazdálkodó rendszerre. Platina katalizátorral rendelkezik mindkét elektródán. Működési hőmérséklete 30-220C fok között van. Üzemanyaga lehet reformált szénhidrogén vagy biogáz, elviseli az szennyezett üzemanyagot is. Az akkumulátor több szerepet is betölt, hőjét fűtésre, fölösleges vízét melegvízként hasznosítják (kombinált hő- és energiaforrásként is emlegetik). Egy cella feszültsége elérheti a 1.15V-ot, energiasűrűsége 45Wh/kg. Sok helyen használnak ilyen üzemanyagcellát a magas energiaigény miatt: korházakban, iskolákban, gyártási/feldolgozási központokban vagy szennyvíztisztító telepeken. A legnagyobb létező ilyen üzemanyagcella 11MW teljesítményű.

SOFC (Solid Oxide Fuel Cell - Szilárd oxid üzemanyagcella - 1950)

Az elektrolit szilárd kerámia-membrán, jellemzően ittrium-stabilizált cirkónium, aminek oxigénvezető tulajdonsága van. Hogy a negatív oxigén jól mozogjon a membránban, magas működési hőmérséklet (800 - 1000C fok) szükséges, ami lehetővé teszi a nem-platina katalizátor féléket is használni. Ezen a hőmérsékleten lehetőség van a hidrogén közvetlen kivonására a földgázból, katalitikus reformálási eljáráson keresztül. A szén-monoxid, ami a PEMFC esetén szennyező volt, ennél üzemanyag, ami hatalmas előny. Működhet közvetlenül butánnal vagy propánnal is, azonban ekkor az alkatrészek 48 óránként tisztításra szorulnak. Akár a PAFC, kombinált hő- és energiaforrásként hasznosítható (gőzgenerátor is egyben) ami szintén emel a hatékonyságán. Az összes közül ez az üzemanyagcell a leghatékonyabb. Magas üzemi hőmérséklete miatt a felépítése csak költséges anyagokból lehetséges. Vannak azonban alacsonyabb hőmérsékleten működő SOFC-k is, melyek ezt a hátrányt csökkentik valamennyire. A cellafeszültség 0.775V, 160mA/cm2 áramsűrűség mellett. Felépítésüket nézve két féle kivitelezés létezik: az egyik egyméteres csövekből álló tömb, a másik tömörített lemezekből áll. Mindkét verziót forgalmazzák ma is, nagyméretű alkalmazásokban mint például az irodaépületek vagy hatalmas áruházak akkumulátorai. Születtek kisméretű változatai is ennek az üzemanyagcellának, mit szintén helyhez kötött alkalmazásokban demonstráltak, mint például családi házakban, kisebb lakásokban.

MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell - Olvadt karbonát üzemanyagcella - 1960)

A cella elektrolitja olvadt alkálifém-karbonát, a kálium-karbonát. A működési hőmérséklet itt is meg kell haladja a 600C fokot, hogy a karbonát-só megolvadhasson vezetőképességet eredményezvén az elektrolitban a karbonionok számára. Ezek az ionok a vízben lévő hidrogénnel kombinálódnak a katód oldalon, végül pedig szén-dioxid és elektronok szabadulnak fel a reakció során. A magas hőmérséklet lehetővé teszi az olcsó nem-nemesfém (például Ni) katalizátorokat. Akár az SOFC-nél, a szén-monoxid vagy szén-dioxid is üzemanyagként szolgál, így közvetlenül működhet szénhidrogén reformer kimenetéről. Más szóval, a szénhidrogén üzemanyag hidrogénné alakítható a cellán belül (belső reformer). Ez a tulajdonság nagyon előnyös szén alapú gázüzemanyagok esetén. A cellafeszültség 0.65-0.70V, 200mA/cm2 áramsűrűség mellett. Hátrányai azonosak az SOFC hátrányaival. Alkalmazása helyhez kötött, nagy energiát igénylő rendszerekben gyakori, szén alapú erőműveknél. Rég forgalomban van, a legnagyobb ilyen cella 100MW teljesítményű.

DMFC (Direct Methanol Fuel Cell - Közvetlen metanol üzemanyagcella - 1980)

Ez egy olyan protoncserélő membrános cella (PEMFC), amely metanolt használ üzemanyagként. Folyadék üzemanyag lévén a metanol számos előnyt jelent a cellának, hiszen könnyen alkalmazkodik a már létező átviteli / elosztó rendszerekhez. Az üzemi hőmérséklet 50-120C fok között van. Az elektrolit polimer, a töltéshordozó a proton. Az anód felöl a membránra metanol és víz kerül, (a víz újrahasznosul) a metanol oxidálódik és elektronokat szabadít fel, melyek az anódról az akkumulátorra kapcsolt áramkörön át a katódhoz érnek. Az anódon szén-dioxid keletkezik, eközben a katód oldalon protonok szabadulnak fel a membránon áthaladó keverékből amik az elektronokkal kombinálva vízet alkotnak a katódon. A folyamatot veremnek (stack) is nevezik mert a teljes reakció a 75C fokra felfűtött cella közepén megy végbe. Egy kis vízfölösleg marad meg, ami újrahasznosul, és egy kis széndioxid, ami az atmoszférába jut. Elektrolit-membránnak eleinte Nafiont használtak mert jó a hőellenállása, magas a protonvezető képessége és kémiai stabilitása. Hátránya a "methanol crossower" néven ismert jelenség, ami üzemanyag veszteséghez vezet, valamint az, hogy a nafionnak 100C fok felett csökken a protonvezető tulajdonsága. Ezért a fejlesztők inkább maradtak a polimer membránnál. A cella legfontosabb előnye a kis méreteiben rejlik ami miatt sokkal kényelmesebben szállítható vagy tárolható. Mellékterméke csupán víz és szén-dioxid. Működése nagyon csendes, nem kell hozzá reformer. A cella feszültsége 0.6-0.8V közötti. Felhasználása kisebb hordozható készülékekben fordul elő (mobil telefon, laptop, digitális kamerák) vagy kisebb járművekben. Katonai felhasználásban léteznek olyan hordozható kivitelűek, melyek súlya 1.7-3.7kg, energiasűrűsége 510Wh/kg. Közepes alkalmazásnak számít az akkumulátor töltői szerep, ahol 150-500 wattos teljesítményt nyújtanak, nagyméretű alkalmazásként pedig 2-5kW-os dízelgenerátorokat helyettesítenek.

MFC (Microbial Fuel Cell - mikrobákkal működtetett üzemanyagcella - 2000)

A mikroorganizmusok katalitikus reakcióit használja hogy bármilyen szerves anyagot (glükózt, szennyvízet, acetátot) üzemanyaggá alakítson. A zárt anódon baktériumok és más mikróbák szerves vegyületeket fogyasztanak. Az emésztési folyamat (katalizálás) részeként szén-dioxid, elektronok, protonok keletkeznek és irányulnak az áramkör fele szervetlen közvetítő vegyszerek segítségével. Az elektronok az akkumulátorra kapcsolt áramkörön haladnak a katód fele, a protonok pedig a protonszelektív polimer membránon keresztül. A katódon ezek után tiszta víz keletkezik. Az üzemi hőmérséklet 20-40C fok közötti. Miniatűr alkalmazásokban használják, orvosi eszközökben. Cellafeszültsége 0.075-0.2V. Ez az üzemanyagcella még kísérleti stádiumban van. Nemrég érdeklődést keltett az az ötlet, hogy az abiotikus katódot váltsa fel a biokatód, mely mikroorganizmusai fokoznák a katalízist. Született is egy ilyen MFC, melynél az anód acetátjának oxidációjából származó elektronok a katódra kerülve teljes denitrifikálást hajtottak végre.

ZAFC (Zink Air Fuel Cell - Cink-levegő üzemanyagcella - 1990)

Cinkszemcsék és levegő reakciója a folyékony lúgos elektrolitban elektromos energiát eredményez. A katódon lévő membrán átengedi a légkörben lévő oxigént ami ezután hidroxid ionokká és vízzé alakul. A hidroxil ionok áthaladnak az elektroliton míg el  nem érik a cinkszemcsés anódot. Reakcióba lépnek a cinkkel és cink-oxidot formálnak. A cink oxidációs folyamata egy elektromos potenciált hoz létre, így ha több ZAFC cellát kapcsolunk sorba, a potenciálok együttese elektromos áramforrásként hasznosítható. Újratöltése a kimerült elektrolit kicserélése és újabb cinkszemcsék hozzáadásából áll. A ZAFC egy zárt hurkú rendszer, tartalmaz tehát egy cink "üzemanyagtartályt" egy mechanikus elválasztót és egy cink hűtőt amely (elektromos áram felhasználásával) automatikusan és csendben regenerálja az üzemanyagot, a cink-oxidból oxigént és tiszta cinkszemcséket eredményezve. Ez a fordított folyamat cellánként 5 percet vesz igénybe. Előállítása olcsó hisz nincs szükség nemesfém katalizátorokra. A környezetbarát üzemanyagcella egyetlen melléktermékét is újrahasznosítja. A legfontosabb előnye a nagy fajlagos energiája, amely az akkumulátor élettartamát határozza meg a súlyához képest. Éppen ezért alkalmas hordozható, helyhez kötött, katonai alkalmazásokra is. Üzemi hőmérséklete 20-40C fok, feszültsége 0.59V cellánként. A felsorolt előnyök ellenére ez az üzemanyagcella még kezdeti stádiumban van kereskedelmi szempontból, mert maradt még néhány bizonytalan dolog a működésével kapcsolatosan.

PCFC (Protonic Ceramic Fuel Cell - Proton(vezető) kerámia üzemanyagcella - 1980)

Az SOFC üzemanyagcellához hasonlóan, az elektrolit szilárd kerámia-membrán. Ennek magas hőmérsékleten jó protonvezető tulajdonsága van. 750C fokon működve ideálisak a szénhidrogén üzemanyagok, mint például a földgáz. A protonvezetés vízgőzt eredményez a katódon, valamint szén-dioxidot pufog ki melléktermékként. A vízgőz vissza van vezetve az anódra, mint a szénhidrogének belső reformere, így külső gőz injekció nem szükséges. A cellafeszültség 0.6V körüli. Bár az SOFC oxigén ionos átvitele gyorsabb mint a PCFC protonszállítója, a protonvezetés jobb minőségű gázokat produkál. Például az SOFC anódján keletkezhetnek nitrogén-oxidok, míg a PCFC anódján ez kizárt. Szerkezeti kivitelezése (csöves és lemezes), valamint felhasználása is megegyezik az SOFC üzemanyagcelláéval. Most már látható, hogy míg a szimpla hidrogén üzemanyagú cellák maximális termokémiai hatékonysággal bírnak alacsony hőmérsékleten, a közvetlen földgázt reformáló cellák ugyanezt sokkal magasabb hőmérsékleten tudják.

RFC (Regenerative (Reverse) Fuel Cell - Regeneratív (vagy fordított) üzemanyagcella - 1980)

Elektromosságból, például napenergiából kémiai összetevőket, például hidrogént és oxigént állít elő (vízből, vízbontás során). A hidrogén nagynyomású tartályba kerül, amiből ezután villamos energiát és hőt generál, melléktermék a víz(gőz) amit ismét felhasznál a vízbontáshoz. A visszacsatolási mechanizmus leválasztható, egyszerre csak egy féle üzemmódban használható. A fordított üzemmód kevésbé hatékony, ideális esetben az elektrolizáló és az üzemanyagcella módok munkaciklusa szorosan kéne illeszkedjen egymáshoz. A világűrben használnak ilyent mint energiatároló (ahol az elektrolízis során keletkezett oxigént is hasznosítani lehet), és eddig a beépített PEMFC üzemanyagcella kialakítás bizonyult a leghatékonyabbnak.

8. Magnézium akkumulátorok

      Az anód ötvözött (Al,Zn) magnézium (mivel a magnézium önmagában eléggé törékeny), a katód pedig molibdén-szulfid. Az elektrolit szerepét a polimer gél tölti be, amely vezeti a magnézium ionokat szobahőmérsékleten. Feszültsége 0.9-1.2V körüli. Előállítása igen olcsó. A lítium-ion akkumulátorok vetélytársa volt mindig, azonban az utóbbi 15-20 évben a gyártási eljárásokat finomították, számos előnnyel felruházva azt (nagyobb energiasűrűség, olcsóbb előállítás, hosszabb élettartam, biztonságosabb, kevésbbé szennyező). A nagy energiasűrűség a magnézium nagy elektronvezetőképessége (2 elektron / atom) miatt van. Megfelelő tervezés akár 400-1000Wh/kg energiasűrűségű akkumulátort is eredményezhet. A gyakorlati alkalmazások bővítése érdekében a mganéziumot egyéb elemekkel is doppingolják a cinken kívűl, mint például a kalcium vagy az ittrium. Felhasználása az elektromos autók terén van kilátásban. A fő kihívást a magnézium anód felületén történő rétegképződés megelőzése, az illékonyság valamint az elektrolitok anódos stabilitása jelenti. A rétegképződés kérdése, ami a magnézium ionvezetését gátolja, az elektrolitra vezethető vissza, olyan elektrolitra van szükség, ami megakadályozza ezt a folyamatot. A jelenlegi leghatékonyabb elektrolitok éteres oldószerekbe kevert magnézium só-komplexek, melyek jó elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkeznek és feloldják a magnézium elektródák lerakódásait. A katód is sok fejlesztési fázison esett át, hogy kinetikailag kedvező és reverzibilis reakciókra legyen képes. Az elméleti feszültség 3.1V amitől való túl nagy eltérés kiküszöböléséhez a makroszerkezeti hatásokat kell tanulmányozni mint például a magnézium szemcseméreteit különböző szakaszokban, vagy az interkalációs és lebomlási mechanizmusokat, melyek a katódot optimizálják az elméleti értékek elérésére.

9. Napelem

      Bár nem akkumulátor, viszont gyakran töltője annak és fejlődése az akkumulátorokra is hatással van. Egy fényelektromos cella, mely félvezető technológián alapszik. Egy speciális félvezető dióda, mely a PN átmenetére érkező napsugarak (elektromágneses hullámok) energiáját elektromos árammá alakítja. Fő probléma a tokozás, ugyanis olcsó előállítás mellett védve kell legyen az erős sugárzástól, esőtől és más légköri szennyeződéstől. A cellafeszültség általában 0.48V. Ez a feszültség a hőmérséklet növekedésével, minden C foknál csökken 0.2mV-ot, tehát a napelemre irányított fény növelheti a kimenő áramot, viszont a feszültség hamar az elvárások alá eshet. A fénynek csupán 6-15%-a alakul elektromossággá. Maximális teljesítmény mellett a kimenő áram 25-70C fok között konstans marad, azonban ez a teljesítmény 0.5%-ot csökken minden C foknál. Kis ellenállású hővezető hűtőbordák használata fontos a maximális elektromos teljesítmény eléréséhez.

10. Szuper-kondenzátor (DLC - Double Layer Capacitor)

      A DLC-ket az akkumulátorokkal használják együtt. A szuper-kondenzátor vagy kétrétegű kondenzátor kapacitása jóval meghaladja az azonos méretű normál kondenzátor kapacitását. A kondenzátorokat a következőképp lehet csoportosítani:

   - száraz (vagy elektrosztatikus) kondenzátorok, melyek kapacitása alacsony (néhány pico-faradtól pár mikro-faradig). Azért száraz, mert a lemezek közt száraz elválasztó van. Leginkább jelszűrésre, rádiófrekvencia hangolásra használják.

   - elektrolitikus kondenzátorok, (nedves elválasztó) melyek kapacitása jóval nagyobb a száraz kondenzátorokénál (néhány mikro-faradtól pár mili-faradig). Szűrésre is használják, de pufferelésre és teljesítménykapcsolásra is.

   - szuper-kondenzátorok, melyek kapacitása a elektrolitikus többszöröse (néhány mili-faradtól pár faradig). Energia tárolóként hasznosítják olyan helyeken, ahol gyakori a töltés és a ciklikus kisütés nagy áramerősség és rövid időtartam esetén.

      A mérnökök már 1957-ben kísérleteztek a kétrétegű kondenzátoron, ám nem sikerült forgalomba helyezni. 1966-ban került újra a figyelem középpontjába, mikor az üzemanyagcellák fejlesztése gőzerővel haladt. A kereskedelembe csak 1978-ban került be, majd az 1990-es évek fele sikerült a gyártási folyamatok fejlesztésével jobb teljesítményt kihozni alacsonyabb költségek mellett.

      Az akkumulátorok technológiájába a speciális elektrolit és elektródák használatával lépett be. Az elektródák szénalapúak, az elektrolit szerves anyag, mely könnyen gyártható. A kondenzátoroknak általában van egy feszültségkorlátja. A száraz kondenzátorokat nagy feszültségekre tervezik (pár 100V-tól pár kV-ig), az elektrolitikusokat valamivel kisebbre (pár 10V-tól pár 100V-ig), a szuper-kondenzátorokat pedig ennél is kisebbre, ami körülbelül 2.5 - 2.7V. Magasabb feszültség rövidebb élettartamhoz vezet. Nagy feszültségek esetén a szuper-kondenzátorokat sorba kapcsolják, ám ennek is megvannak a hátrányai. Hiszen tudjuk, hogy a kondenzátorok sorba kapcsolásával csökken az összkapacitás, valamint háromnál több sorba kapcsolt kondenzátor esetén szükség van a feszültségek kiegyenlítésére is, hogy nehogy valamelyik cellán túlfeszültség legyen. (A többcellás lítium-ion akkumulátornál is hasonló a helyzet).

      A szuper-kondenzátorok energiasűrűsége 1 és 30Wh/kg közé esik ami igencsak lehangoló a Li-Ion akkumulátorokhoz képest, a kisülési görbéről ne is beszélve. Amíg egy hasonló elektrokémiai akkumulátor  hasznos teljesítménysávjában van egy állandó feszültségszint, a szuper-kondenzátor feszültsége egy lineáris skálán csökken a legmagasabb szintről zéró voltig. Ezzel csökken a hasznos teljesítmény spektruma és rengeteg tárolt energia marad hátra. Vegyünk egy példát: Van egy 6V-os áramforrásunk, mely ha kisülése során eléri a 4.5V-ot leválasztja magát a terhelésről. A szuper-kondenzátor lineáris kisülése már a ciklus első negyedében eléri ezt az értéket, a ciklus további háromnegyed részében az energia nem hasznosul. Egy DC-DC konverter hasznosíthatna valamit a maradék energiából, azonban ennek alkalmazása növelné a költségeket és további 10-15% energiaveszteséget eredményezne. Egy akkumulátor azonban, minek kisülési görbéje laposabb, energiájának 90-95%-át könnyen leadná mielőtt elérné az adott feszültségküszöböt.
 Hasonlítsuk össze tehát a két áramforrás tulajdonságait:

Inkább a rövid áramkimaradások áthidalására használják mintsem energiatárolásra. A szuper-kondenzátorok kritikus lépéseket tettek az elektromos hajtásláncok területén is. Az igény az ultragyors töltésre nagy áramra teszi a szuper-kondenzátort ideális választásnak a hibridjárművek valamint az üzemanyagcellák terén. A szuper-kondenzátor töltési karakterisztikája hasonló az akkumulátorokéhoz, azonban 10 másodperc elegendő a teljes töltéshez. A kezdő töltés lehet gyors, a befejező töltéshez már több idő szükséges. Vigyázni kell arra, hogy üres szuperkondenzátor töltése esetén a bekapcsolási áram korlátozva legyen. A szuper-kondenzátor nem töltődhet túl, nincsen szükség ilyenféle védelemre, az áram egyszerűen megáll ha a kondenzátor megtelt (szakadás).

      Elméletileg akárhányszor feltölthető és kisüthető ellenben az akkumulátorral, mely élettartama elméletben is korlátos. Az életkora nem befolyásolja a működését, a szuper-kondenzátor kapacitása 10 év alatt 100%-ról 80%-ra csökken (ha nagyobb feszültséggel töltjük akkor gyorsabban öregszik). A táblázatból is látszik, hogy hidegben, melegben egyaránt üzemképes.

      Az önkisülése lényegesen nagyobb mint a hagyományos kondenzátoroké és kicsivel nagyobb mint a hagyományos akkumulátoroké (a szerves elektrolit járul hozzá ehhez). A szuper-kondenzátort magára hagyva, 30-40 napon belül 50%-ot csökken a kapacitása. A nikkel akkumulátor 10-15%-ot csökken egy hónapon belül, a lítium akkumulátor ugyanennyi idő alatt csupán 5%-ot.

      A szuper-kondenzátor költsége wattóránként nagy, azonban a szuper-kondenzátor és az akkumulátor nem versenytársak, hanem különböző termékek, egyedi alkalmazásokra. A gépjárművekben például a szuperkondenzátor nem helyettesíti, hanem kiegészíti az akkumulátort. Leveszi a motor beindításának terhét az akkumulátorról és tárolhatja a fékenergiát is. Fékezéskor az elektromotor generátorként funkcionál, járműtől függően a lengőkarok mozgási energiáját is hasznosítani lehet, ez azonban gyorsan történik, az akkumulátor nem képes mindet felvenni. A szuper-kondenzátor azonnal megkezdi az energiatárolást amint a vezető felemeli lábát a gázpedálról és a jármű lassulni kezd. Valahányszor feltelik a kondenzátor, a gépjármű elektromos rendszere innen kapja az ellátást, kímélve az akkumulátort. Minél kevesebb energiát kell a gépjármű önerőből előállítson, annál kevesebb üzemanyagot fogyaszt. Eddig közel 10%-os csökkenést értek el ezzel a technológiával.

Az akkumulátorok fejlődését nem lehet egyetlen irányból szemlélni, a kémiai reakciók tulajdonságai mellett fontos a fizikai szerkezet is, például a spirálcellás kivitelű akkumulátorok jóval nagyobb lemezfelülettel rendelkeznek, ami arányos az indítóárammal.