Olovené akumulátory

1. Olovené akumulátory Akumulátor je elektrochemický zdroj elektrickej energie. Oproti klasickému galvanickému článku má akumulátor tú výhodu, že po vybití ho možno opäť nabiť a použiť. Olovené akumulátory po konštrukčnej stránke delíme na: • Akumulátor s tekutým elektrolytom -(kyselinové) • Akumulátory gélové - Bezúdržbové • Akumulátory AGM (AbsorbedGlas Mat) akumulátory AGM akumulátory majú elektrolyt absorbovaný v separátoroch zložených zo skleného prachu. Sú najmodernejšie, ale i dosť háklivé na zaobchádzanie, podobne ako aj gélové. Tak ako sú v poradí uvedené, aj veľkosť ich obstarávacej ceny stúpa.

2. Konštrukcia • Olovený akumulátor obsahuje dva druhy dosiek (elektród), ktoré sú zhotovené zo špeciálne spracovaného olova. Jedna do hneda sfarbená doska plus (+) a druhá do siva sfarbená mínus (–). Dosky sú od seba oddelené separátormi a ponorené do zriedenej kyseliny sírovej (približne 38%). Zriedená kyselina sa nazýva elektrolyt a je v nádobe z plastu. • Na  olovené dosky sú pripojené cez vrch nádoby olovené svorky na odoberanie prúdu. Kladný pól akumulátora je označený plus a je hrubší ako záporný pól. • V starších akumulátoroch sú v doske otvory na dolievanie odpareného elektrolytu. Novšie a modernejšie sú bezúdržbové, kde táto povinnosť odpadá.

3. Konštrukcia • Elektrolytom je kyselina sírová s hustotou ρ= 1,285 kg/m3 • V akumulátore vznikajú chemické vratné procesy- pri nabíjaní hustota elektrolytu narastá, pri vybíjaní vzniká voda a hustota klesá. Hustota elektrolytu je ukazovateľom stavu nabitia akumulátora. • Ďalším ukazovateľom je napätie. Pri nabíjaní sa jeden článok nabije až na 2,4V ale rýchlo klesne na 2,1V. Pri vybíjaní akumulátora nesmie hodnota napätia klesnúť pod 1,7V, lebo elektródy sa pokryjú vrstvičkou, ktorá neumožňuje ďalšie nabitie (1,7*6=10,4V).

4. Aby akumulátor dodával viac prúdu, musia mať jeho dosky čo najväčší možný povrch. • V obmedzenom priestore nádoby sa to dosahuje spôsobom, že sa do nej vloží niekoľko dosiek, striedavo kladná a záporná. Takto naukladané dosky rovnakej polarity (všetky plus a všetky mínus) sa spoja paralelne, a tým sa dosiahne, že akumulátor poskytuje väčší prúd a má teda väčšiu prúdovú kapacitu.

8. Základne parametre akumulátora • menovité napätie 6,12,24 V • kapacita akumulátora – je schopnosť dodávať určitý prúd za určitý čas C=I.t (A.h). Je to premenlivá jednotka, pri poklese teploty klesá. • Preto sa udáva tzv. menovitá kapacita na 20 hodinové vybíjanie a označuje sa C20. • Dobíjanie akumulátora je 1/10 jeho kapacity. Pri nabíjaní akumulátora mimo vozidla ho nabíjame prúdom I=0,1. C20.

9. Prúdová kapacita • vypovedá o schopnosti akumulátora dodať prúd za určitú časovú hodnotu. • Prúdová kapacita akumulátorov sa udáva v ampérhodinách (Ah). • Obyčajne sa pohybuje od 10-20 Ah (skútre a motorky) až po 37-80 (osobné automobily). • Údaje o prúdovej kapacite sú napísané na štítku akumulátora. • Na pamäti však treba mať skutočnosť, že viac el. energie dosiahneme z akumulátora vtedy, keď sa odoberá menší prúd za dlhší čas, ako keď sa odoberá väčší prúd za kratší čas.

10. Princíp • Ak na elektródy oloveného akumulátora privedieme jednosmerný prúd, el. energia sa mení na chemickú energiu. • Časti rozloženej kyseliny sírovej sa chemicky viažu s hmotou akumulátorových elektród. Olovené elektródy sa v H2SO4 nerozpúšťajú, ale priťahujú rozštiepené záporné ióny SO4 a zlučujú sa s olovom na síran olovnatý PbSO4. Ak pripojíme jednosmerný zdroj na elektródy akumulátora s povrchom PbSO4, nastane prúd iónov v elektrolyte. Záporný ión SO4 so záporným nábojom pôjde k anóde, kladný ión H2 ku katóde. Pritom sa ióny zlúčia s PbSO4 na elektródach akumulátora a takto jednoduchý olovený akumulátor nabíjame. • Akumulátor nabijeme na nominálnu hodnotu a dostaneme tzv. primárny článok skladajúci sa z dvoch rozličných elektród kyseliny sírovej. Kladný pól je PbO2 a záporný pól sivé olovo. Tým sme využili polarizáciu elektród a dostali sme elektrický náboj, z ktorého možno odoberať prúd dovtedy, kým sa elektródy Pb a PbO2 nepremenia naspäť na PbSO4. Ak na takýto akumulátor pripojíme nejaký el. spotrebič, bude sa vybíjať. • Pri vybíjaní ide prúd v elektrolyte opačným smerom, a preto na anóde vznikne vodík, ktorý sa hneď zlučuje s kyslíkom z anódy a vytvárajú spolu H2O. Po vybití akumulátora je povrch elektród opäť zo síranu olovnatého a vďaka vzniknutej vode sa kyselina v elektrolyte zriedi.

11. Elektrochemické deje • nabíjanie na anóde: PbSO4 + SO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 • nabíjanie na katóde: PbSO4 + H2 = Pb + H2SO4 • Na kladnej elektróde sa teda pri nabíjaní vytvorí tmavohnedý oxid olovičitý (PbO2) a na zápornej elektróde sa vylúči čisté olovo Pb. Súčasne sa elektrolyt zahusťuje.

12. Prvé použitie akumulátora • Podľa akumulátora musíme zvoliť postup jeho prípravy a pripojenia do el. sústavy CMV. • Aj keď ich samovybíjanie je minimalizované, treba skontrolovať ich napätie, batériu nabiť, prípadne naformovať a potom pripojiť. Kyselinové olovené akumulátory môžu byť: • Suché nenabité • Suché prednabité • Mokré, naplnené kyselinou a pripravené U prvých dvoch musíme akumulátor pripraviť do prevádzky. Od presnosti a dôkladnosti prípravy akumulátora závisí jeho životnosť. V prípade gélových a AGM akumulátorov nám odpadá príprava, nakoľko tieto sú už pripravené k použitiu bez väčších úprav.

13. Bezúdržbový akumulátor • Nevyžaduje dolievania destilovanej vody. Dôvodom ubúdania vody je nežiadúca chemická reakcia pri nabíjaní, pri ktorej súčasne so žiaducimi chemickými procesmi dochádza k tvorbe vodíka a kyslíka. Pri klasickej batérii dochádza k malému úniku do okolitého priestoru. Tým, že z batérie unikajú plyny dochádza prakticky k ubúdaniu vody v roztoku. Preto je treba pravidelne doplňovať destilovanú vodu. • Pri bezúdržbových akumulátoroch je možné tomuto nežiadúcemu efektu zabrániť pridávaním vzácnych kovov do olovenných dosiek a ich tzv. legovaniu. Prakticky pre užívateľa to znamená, že počas životnosti takéhoto akumulátora netreba destilovanú vodu dolievať.

14. Bezúdržbový akumulátor • Takéto bezúdržbové akumulátory majú  v hornej časti nádoby integrovaný labyrintový systém, ktorý zabraňuje úniku elektrolytu pri náhodnom prevrhnutí akumulátora na bok, napr. pri prenose alebo nehode vozidla. Hornú časť plastovej nádoby má napevno pritavenú, a tak nie je možno takúto nádobu ani otvoriť a kontrolovať • Staršie akumulátory sú vybavene klasickými “zátkami”, vyžadujú pravidelnú kontrolu a v prípade prevrhnutia začnú takmer okamžite vytekať..

15. Čo neprospieva batérii? časté štartovanie , krátke jazdy • alternátor nestačí behom krátkej jazdy batériu plne dobiť a s ďalším štartovaním neustále stráca kapacitu, až prestane dodávať energiu a vplyvom sulfatácie už ju nie je možno obnoviť Riešenie: pravidelne dobíjať batériu, aspoň raz mesačne

16. Čo neprospieva batérii? dlhodobá odstávka auta krátkodobá odstávka auta plne nabitá či nová batérie tomuto výpadku v prevádzke odolá ľahko, staršia, čiastočne vybitá, alebo v zimnom období, kedy sa za prevádzky batéria horšie dobíja môže skolabovať platí to isté ako pri dlhodobej odstávke, alebo kúpa novej batérie • batéria vplyvom samovybíjania neustále prichádza o svoju nakumulovanú energiu, samovybíjanie prebieha aj u moderných batérií (asi 1% kapacity denne) • pred odstávkou odpojiť všetky spotrebiče (alarm, autorádio) alebo batériu vybrať z auta a uskladniť

17. Čo neprospieva batérii? nechanie zapnutých svetiel, rádia... porucha dobíjania alternátor batériu nedobíja, tým pádom sa neobnovuje jej kapacita a baterka sa rýchlo vybije skontrolovať alternátor akým napätím dobíja batériu (správne napätie 13,8 až 14,2V) • batéria dodáva energiu kým sa úplne nevybije, situácia nie je vážna, keď sa batéria za niekoľko hodín (maximálne pár dní) opäť plne dobije, inak hrozí nevratné poškodenie (sulfatácia) • dbať na vypínanie osvetlenia

18. Čo neprospieva batérii? porucha prebíjania- alternátor batériu prebíja • závada sa neprejaví tak skoro ako v prípade zlého dobíjania, ale hrozí riziko, že sa batéria vplyvom nadmerného prebitia poškodí, dochádza k nadmernému plynovaniu a tým k ubudnutiu vody • skontrolovať alternátor akým napätím dobíja batériu (správne napätie 13,8 až 14,2V)

19. Zapojenie akumulátora do obvodu