Olověný akumulátor

Specifikace baterie
[[Soubor:|200px|]]
Energie/hmotnost	30–40 W·h/kg
Energie/velikost	60–75 W·h/L
Výkon/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

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 → 2PbSO₄ + 2H₂O

• 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

• 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

Podle technologie

• se zaplavenými elektrodami – např. autobaterie – elektrolyt je volně nalitá kapalina mezi elektrodami
• VRLA z anglického Valve Regulated Lead Acid – ventilem řízené olověné akumulátory; jde o označení zapouzdřených akumulátorů s výrazným omezením vývinu plynů; prakticky vůbec se nevyvíjí kyslík a jen ve velmi malé míře se vyvíjí vodík
  • 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

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

Cykly a životnost

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

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

Speciální baterie navržené pro provoz například manipulační techniky, golfových vozíků, čí el. nůžkových plošin. Tyto baterie jsou rozděleny na článkové 2v a na blokové 6v;8v;12v. Konstrukce článku je nejčastěji mřížková olověná elektroda s vlisovanou aktivní hmotou a dále mezi elektrodami oddělující separátory. Konstrukce blokové baterie je buďto mřížková elektroda nebo trubková elektroda. Tyto baterie jsou stavěné na dlouhodobé odebírání energie a následné znovu nabití. např. manipulační technika a baterie v ní je stavěna na 8hod. provozu.( jedna pracovní směna). je nutné pro tyto trakční baterie dodržení cyklů a to nabití na 100% a následné odebrání 80% a tak dále se opakuje, tento úkon je jeden nabíjecí cyklus. Standardní trakční článková baterie má 1500 nabíjecích cyklů a blokové baterie například pro golfové vozíky od 400 do 1200 nabíjecích cyklů. tyto baterie pokud jsou hluboce vybity - pod zbývající 20% energie, sulfatují a snižuje se daná kapacity baterie až do trvalého poškození, nesmí se tedy hluboce vybíjet a dále ani mezidobíjet.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu olověný akumulátor na Wikimedia Commons
• Akumulátorová baterie oxid olovičitý-olovo v Abecedě baterií a akumulátorů
• Desulfatace – obnova kapacity Pb aku aneb Nehaž olovo do žita !
• Olověné akumulátory ( lead acid )