Olověný akumulátor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Specifikace baterie
Photo-CarBattery.jpg
energie/hmotnost 30–40 W·h/kg
energie/velikost 60–75 W·h/L
síla/hmotnost 180 W/kg
efektivita nabíjení/vybíjení 50%–92%
energie/spotřebitelská cena 7(sld)-18(fld) W·h/US$
samovybíjení 3–20%/měsíc
životnost v cyklech 500–800 cyklů
nominální napětí článku 2,105 V

Olověný akumulátor je sekundární galvanický článek s elektrodami na bázi olova, jehož elektrolytem je kyselina sírová.Hlavní výhodou olověných akumulátorů je schopnost dodávat vysoké rázové proudy. Tato vlastnosti, spolu s jejich nízkou cenu, je atraktivní např. pro startování automobilu. Vyrábějí se v kapacitách řádově od 1 do 10 000 Ah.

Elektrochemická reakce[editovat | editovat zdroj]

V nabitém stavu aktivní hmotu záporné elektrody tvoří houbovité olovo (Pb), u kladné elektrody je to oxid olovičitý (PbO2).

Elektrolytem v olověných akumulátorech je vodou zředěná kyselina sírová (H2SO4) o koncentraci přibližně 35% obj. u plně nabitého akumulátoru. Tento roztok může být z technických důvodů nasáknutý do vaty ze skelných vláken (AGM) nebo ztužený do formy gelu.

Vybíjením se aktivní hmota záporné i kladné elektrody přeměňuje na síran olovnatý (PbSO4) a elektrolyt je ochuzován o kyselinu sírovou a obohacován o vodu. Při vybíjení tedy klesá koncentrace elektrolytu a naopak při nabíjení jeho koncentrace roste.

Celková reakce vybíjení:

Pb + 2H2SO4 + PbO2 → PbSO4 + 2H2O + PbSO4
  • Na záporné elektrodě:
Pb + SO42− → PbSO4 + 2e
  • Na kladné elektrodě:
PbO2 + 4H+ + SO42− + 2e → PbSO4 + 2H2O

Tato reakce probíhá také s kyselinou sírovou, která je disociována pouze do 1. stupně na H+ a HSO4. Rovnice pak vypadají následovně:

  • Na záporné elektrodě:
Pb + HSO4 → PbSO4 + H+ + 2e
  • Na kladné elektrodě:
PbO2 + 3H+ + HSO4 + 2e → PbSO4 + 2H2O

Při nabíjení probíhají uvedené reakce opačným směrem. Vybíjení akumulátoru probíhá také samovolně bez připojení k elektrickému obvodu – samovybíjením. Rychlost samovybíjení je zhruba 3-20% kapacity za měsíc. Horní hranice se týká starých typů olověných akumulátorů, dnešní typy mají úroveň samovybíjení podstatně nižší.

Napětí a nabíjení konstantním napětím[editovat | editovat zdroj]

  • Jmenovité napětí jednoho článku: 2 V
  • Napětí naprázdno nabité 6článkové baterie: 12,6–12,8 V
  • Napětí naprázdno vybité 6článkové baterie: 11,8–12,0 V
  • Napětí pod zátěží, při kterém se má ukončit vybíjení: 1,75 V (pro jeden článek)
  • Pro 6článkovou baterii to je 10,5 V
  1. Všechna napětí jsou platná pro 20 °C, v případě změny teploty se musí vhodně upravit.
  2. Hodnota udržovacího napětí se může lišit v závislosti na výrobci.
  3. V případě dobíjení udržovacím napětím se napětí musí pečlivě nastavit, protože nízké napětí způsobuje sulfataci elektrod a vysoké jejich korozi a ztrátu elektrolytu, což významně zkracuje životnost akumulátoru.
  • Napětí pro občasné dobíjení baterie (12V): 14,2–14,5 V
  • Napětí, při kterém začíná výrazná tvorba vodíku a kyslíku: 2,4 V (pro jeden článek)
  • Po ukončení nabíjení baterie (12V) do plného nabití klesne napětí rychle na 13,2 V a poté pomalu na 12,6 V.

Rozdělení[editovat | editovat zdroj]

Podle technologie[editovat | editovat zdroj]

  • se zaplavenými elektrodami – např. autobaterieelektrolyt je volně nalitá kapalina mezi elektrodami
  • VRLA z anglického Valve Regulated Lead Acid – ventilem řízené olověné akumulátory; jde o označení zapouzdřených akumulátorů se zamezením ztrát elektrolytu
    • AGM z anglického Absorbent Glass Mat – elektrolyt je nasáknut ve skelné vatě, která je mezi elektrodami
    • Gelové – elektrolyt je zahuštěný ve formě gelu

Podle použití[editovat | editovat zdroj]

  • Záložní (standby) – např. UPS, bezpečnostní systémy…
  • Startovací – autobaterie
  • Trakční – golfová vozítka, vysokozdvižné vozíky…

Cykly a životnost[editovat | editovat zdroj]

Olověný akumulátor má omezení, které spočívá v tom, že když je delší dobu – řádově dny – ponechán v nedostatečně nabitém (případně vybitém) stavu, tak na jeho elektrodách dochází k tzv. sulfataci, která výrazně snižuje jeho kapacitu. Proto poté, co je olověný akumulátor používán, je potřeba ho brzy dobít. Sulfatací rozumíme postupný vznik krystalického síranu olovnatého přeměnou z amorfního síranu, který vznikl na elektrodách při vybíjení. Zmíněný pokles kapacity v důsledku sulfatace je způsoben tím, že na rozdíl od původního amorfního síranu, se vzniklé krystaly zúčastňují přeměn aktivní hmoty elektrod jen ve velmi omezené míře. Kapacitu sulfatací zasaženého akumulátoru je ve větší nebo menší míře možné obnovit postupem zvaným desulfatace. Ta spočívá v upraveném nabíjení (např. pomocí krátkých pulzů většího proudu), které převádí krystalický síran zpět na aktivní hmoty elektrod. Funkcí desulfatace jsou vybaveny některé "inteligentní" nabíječky olověných akumulátorů.

Startovací baterie[editovat | editovat zdroj]

Související informace naleznete také v článku Autobaterie.

Olověné baterie určené pro startování nejsou navržené pro hluboké vybití – mají velký počet tenkých elektrod kvůli co největší ploše a tím co největšímu proudu, ale hlubokým vybitím mohou být snadno poškozeny. Opakované hluboké vybití způsobí ztrátu kapacity. Startovací baterie se skladují odpojené a měly by se pravidelně dobíjet podle doporučení výrobce (např. každé 3 měsíce), aby se předešlo sulfataci.

Trakční baterie[editovat | editovat zdroj]

Speciální baterie navržené pro hluboké vybití mnohem méně podléhají opotřebení elektrod při vybíjení a nabíjení a používají se tam, kde se baterie pravidelně vybíjejí a nabíjejí – fotovoltaické systémy, golfová vozítka, elektrické automobily atd. Tyto baterie mají tlusté elektrody, které nejsou schopny dodat tak velký proud, jako startovací baterie, ale vydrží časté a hluboké vybíjení.

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Logo Wikimedia Commons
Wikimedia Commons nabízí obrázky, zvuky či videa k tématu