Ólomsavas akkumulátor: hogyan működik, és mire kell vigyázni vele?

Röviden: az ólomsavas akkumulátor a napelemes rendszerek leggyakoribb tárolója volt, és működése jól leírható. Legfontosabb tulajdonságai a mélykisütés korlátja, a szulfátosodás veszélye, a gázfejlődés és a karbantartási igény.

Felépítés és működés

Az ólomsavas akkumulátor negatív elektródája szivacsos, porózus ólom, hogy az ólom könnyen képződhessen és oldódhasson. A pozitív elektróda ólom-oxid. Mindkét elektródát kénsav és víz elektrolitoldata veszi körül. Arra az esetre, ha az elektródák az akkumulátor mozgása vagy a vastagságuk változása miatt érintkeznének, elektromosan szigetelő, de kémiailag áteresztő membrán választja el őket, amely az elektroliton át történő rövidzárat is megakadályozza.

Az akkumulátor az energiát megfordítható kémiai reakcióval tárolja. Kisütéskor mindkét elektródán ólom-szulfát kristályok képződnek, és elektronok szabadulnak fel. A szulfát a kénsav elektrolitból származik, ezért az elektrolit hígabbá válik. A teljes kisütésnél mindkét elektródát ólom-szulfát és víz venné körül kénsav helyett, és nem lenne feszültség a két elektróda között. A gyakorlatban a kisütés a lekapcsolási feszültségnél megáll, jóval ez előtt, az akkumulátort ez alá nem szabad sütni.

A teljesen feltöltött és a lemerült állapot között a feszültség fokozatosan csökken, és ezt általában a töltöttség jelzésére használják. Ha az akkumulátor hosszú ideig alacsony töltöttségi állapotban marad, nagy ólom-szulfát kristályok nőhetnek, amelyek tartósan csökkentik a kapacitást, mert nehezen alakíthatók vissza ólommá.

Gázfejlődés töltéskor

A töltés az ólom-szulfátot visszaalakítja ólommá és ólom-oxiddá. A töltési ciklus elején ez az uralkodó reakció, de ahogy a töltés halad, és az ólom-szulfát nagy része átalakul, a töltőáram elektrolizálja az elektrolit vizét, és hidrogén és oxigén szabadul fel. Ezt a folyamatot az akkumulátor „gázfejlődésének” (gassing) nevezik. Ha az áram gyorsabban érkezik, mint ahogy az ólom-szulfát átalakulhat, a gázfejlődés még a teljes feltöltés előtt elkezdődik.

A gázfejlődés több problémát okoz. Biztonsági kockázat, mert a keletkező hidrogén robbanékony. Csökkenti az akkumulátor víztartalmát, amelyet kézzel kell pótolni, ami karbantartási igényt jelent. Emellett az aktív anyag lehullását okozhatja, ami tartósan csökkenti a kapacitást. Ezért az akkumulátort rendszeresen nem szabad a gázfejlődést okozó feszültség fölé tölteni, és a gázfejlődési feszültség a töltési sebességgel is változik.

Fontos jellemzők

A legtöbb megújuló energiás rendszerben a legfontosabb akkumulátor-jellemzők az élettartam, a mélykisütés és a karbantartási igény. A mélyciklusú akkumulátor mélykisütése 50% fölötti, és akár 80% is lehet. Azonos használható kapacitáshoz a sekélyciklusú akkumulátorsornak nagyobb kapacitásúnak kell lennie, mint a mélyciklusúnak.

A kapacitást a kisütési sebesség és az üzemi hőmérséklet is befolyásolja. A forrás szerint a kapacitás körülbelül 1%-kal csökken fokonként 20 °C alatt. A magas hőmérséklet sem jó, mert gyorsítja az öregedést, az önkisülést és az elektrolit fogyását. Egy mélyciklusú ólomsavas akkumulátor ciklusélettartama a forrás szerint 1000 fölött maradhat akkor is, ha a mélykisütés 50% fölötti.

A túltöltés és az alultöltés is jelentősen rövidíti az élettartamot: az egyik az aktív anyag lehullásához, a másik szulfátosodáshoz vezet. A forrás szerint az ólomsavas akkumulátorok coulomb-hatásfoka tipikusan 85%, energiahatásfoka nagyjából 70%.

Karbantartás

A hidrogén és az oxigén keletkezése és távozása vízveszteséget okoz, ezért a vizet rendszeresen pótolni kell. Távoli helyen a víz ellenőrzése költséget jelent. A karbantartásmentes akkumulátorok csökkentik a figyelem szükségességét azzal, hogy megakadályozzák vagy csökkentik a távozó gáz mennyiségét. Mivel az elektrolit korrozív, minden akkumulátor kisebb-nagyobb mértékben karbantartási igényt visz a rendszerbe.

Mit érdemes megjegyezni?

Az ólomsavas akkumulátor olcsó, jól ismert, de kényes a mélykisütésre és a töltésre. A fogalmakról a töltöttségről és C-rátáról szóló cikk szól, az élettartamról az élettartamról és karbantartásról szóló írás, a más típusokról a nikkel-kadmium és áramlási akkumulátorokról szóló cikk. A cikk nem szerelési útmutató: a töltés és a használat részleteit mindig a gyártó leírása szerint kell kezelni.

Lásd még: A töltés részleteiről az ólomsavas akkumulátor töltéséről szóló cikkben írunk (megnyitás).

Hogy mit szabad ma Magyarországon otthon kiépíteni és bejelenteni, azt a Szabályozás oldalon követjük.