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Stromversorgungstechnik
der Ende des 19. Jahrhunderts einige defekte
Bleiakkumulatoren untersuchte:
"Als Drake die defekten Zellen untersuch­
te, waren die Platten mit einer harten, weißen
Masse aus Bleisulfat bedeckt."
Seit dieser Zeit hat die Akkumulatorentechnologie
selbstverständlich erhebliche
Fortschritte gemacht. Sogenannte Expander
als Zusatzstoffe zum chemisch aktiven
Material an den Platten verhindern die
übermäßige Ausbildung großer Kristall­
strukturen. Zwei frühe Patente auf diesem
Gebiet wurden in den 20er-Jahren an
Theodore A. Wilard erteilt, der 1922 zunächst
Holzstaub (US-Patent 1432508)
und zwei Jahre später das darin enthaltene
Lignin (US-Patent 1505990) als Expander
empfahl.
Vermutlich war der Holzstaub zufällig gerade
vorhanden und bot sich aufgrund seiner
mechanischen Struktur zum Auflo­
ckern des chemisch aktiven Materials an,
denn der Erfinder räumt in seiner Patentschrift
selber ein: "Ich weiß nicht genau,
wie diese hervorragenden Ergebnisse zu­
stande kommen. Vielleicht wird die Poro­
sität des aktiven Materials durch das Lig­
nin verbessert, aber es ist auch möglich,
dass das Lignin als Katalysator wirkt."
Letztere Vermutung ist richtig, wie wir
heute wissen. Das im Holzstaub enthaltene
Lignin ist aufgrund seiner chemischen
Struktur besonders als Expander an der
negativen Elektrode geeignet. Die Suche
nach noch besseren Stoffen mit ähnlicher
Wirkungsweise war noch sechs Jahrzehnte
später Gegenstand einer Doktorarbeit an
derTechnischen UniversitätMünchen [4].
Ein weiterer Zusatzstoff ist Bariumsulfat,
das an den Reaktionen der chemischen
Energiespeicherung selber nicht teilnimmt,
aufgrund der strukturellen Ähn­
lichkeit seines Kristallgitters mit dem des
Bleisulfates aber geeignete Kristallisationskeime
für die Abscheidung feiner
Bleisulfatkristalle bietet. Im Elektrolyt
selber lässt sich die Neigung zur Sulfatierung
durch Zusatz von Stoffen wie Natriumsulfat
verringern.
Alle diese Maßnahmen haben die Lebens­
dauer und Robustheit der Bleiakkumulatoren
wesentlich erhöht. Einen weiteren
Beitrag können wir Anwender durch richtige
Behandlung leisten.
• Drohender Sulfatierung
vorbeugen
Aus den vorangegangenen Ausführungen
sollte klar hervorgehen, dass eine Sulfatierung
das Vorhandensein von Bleisulfat an
den Elektroden voraussetzt. Bleisulfat bildet
sich aber nur während der Entladung.
Im vollständig geladenen Zustand ist an
den Platten kein Bleisulfat vorhanden und
daher auch keine Sulfatierung möglich.
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Bleiakkumulatoren sollten nach Verwen­
dung daher umgehend wieder voll aufge­
laden werden. Sorgen wegen eines vermeintlichen
Memory-Effekts, dem man
durch vollständige Entladung vorbeugen
müsste, sind unberechtigt. Dieser Effekt
trat nur bei NiCd-Akkumulatoren (Nickel­
Cadmium) älterer Bauart auf. Bleiakkumulatoren
sind davon nicht betroffen [2].
Die Sulfatierung im ganz oder teilweise
entladenen Zustand ist auch ein Grund,
weshalb Autobatterien besonders schnell
ausfallen, wenn das Fahrzeug nur auf
Kurzstrecken im Einsatz ist. Die Fahrzeit
reicht dann nicht, den Akkumulator voll­
ständig zu laden.
Wenn ein Bleiakkumulator längere Zeit zu
lagern ist, dann sollte das erstens im vollständig
geladenen Zustand und zweitens
möglichst kühl erfolgen. Je wärmer er
steht, desto besser löst sich Bleisulfat im
Elektrolyt und desto schneller läuft die
Ostwald-Reifung ab.
Außerdem ist der Ladezustand während
der Lagerung gelegentlich zu kontrollie­
ren. Panasonie empfiehlt bei einer Lager­
temperatur unter 20 oc alle neun Monate
eine Nachladung, bei Temperaturen zwischen
20 oc und 30 oc alle sechs Monate
und bei Temperaturen darüber alle drei
Monate [5]. Falls der Akkumulator bei ei­
ner Kontrolle nicht mehr voll geladen ist,
muss man ihn nachladen. Im Ruhezustand
ist die Leerlaufspannung ein guter Indikator
für den Ladezustand. Ein vollständig geladener
Bleiakkumulator hat etwa 12,6 V.
Bei Lagerung für mehr als ein Jahr empfiehlt
Panasonie zusätzlich, den Akkumulator
dann einmal bis zur Entladeschlussspannung
von 10,5 V zu entladen und an­
schließend wieder aufzuladen.
• Regenerieren
eines sulfatierten Akkumulators
Wenn ein Akkumulator trotzdem nach län­
gerer Lagerung unbrauchbar zu sein
scheint, besteht zum Glück eine gewisse
Wahrscheinlichkeit, ihn zu regenerieren.
Falls es sich um ein Modell mit flüssigem
Elektrolyt handelt, also beispielsweise um
eine klassische Autobatterie, dann ist zunächst
den Elektrolytstand zu prüfen und
bei Bedarf zu erhöhen. Dazu eignen sich
destilliertes oder entmineralisiertes Was­
ser. Leitungswasser ist dagegen aufgrund
seines Gehaltes an Mineralstoffen ungeeignet.
Bei gasdichten B1eigel- oder
AGM-Akkumulatoren ist ein Nachfüllen
von Wasser dagegen weder möglich noch
erforderlich. Im normalen Betrieb tritt
praktisch kein Wasserverlust auf. Er stellt
auch keine typische Ausfallursache von
Bleigel-Akkumulatoren dar.
Nun geht es an die Ladung. Da die an­
greifbare Oberfläche des chemisch aktiven
200
K{%]
175
150
125
100
75
50
25
0
Lu •••
5 10 15 20
Bild 2: Beispiel der Regenerierung eines Blei­
gel-Akkumulators durch eine Folge von La­
dungen und Entladungen; Ladungsteile
durch konstante Spannung von 2,4 V in 10 h
(dunkelblau), konstanten Strom /10 (hellblau)
und konstanten Strom 0,2 · /10 (grün) sowie
entnehmbare Kapazität (rot) bei /10 nach [8]
Materials reduziert ist, nimmt der Akkumulator
beim Versuch einer normalen La­
dung zunächst kaum Ladestrom an. Daher
lohnt der Versuch, die Ladespannung so
weit zu erhöhen, bis wieder ein gewisser
Ladestrom fließt.
Bei solchen Betrachtungen hängt der absolute
Wert der Stromstärke immer von der
Nennkapazität des Akkumulators ab. Je
größer der Akkumulator, desto höher der
Ladestrom. Häufig ist die Stromstärke /1 als
relatives Maß in Verwendung. Die Stromstärke
/1 entspricht dem Strom, der den Akkumulator
rein rechnerisch innerhalb 1 h
entladen würde. Bei einem Akkumulator
mit einer Kapazität von 60 Ah beträgt /1 al­
so 60 A. Die Stromstärke 110 bezeichnet
demnach den Strom, der den Akkumulator
rechnerisch in 10 h entladen würde. Im lau­
fenden Beispiel ist /10 also 6 A.
Zur Regeneration eines durch Sulfatierung
geschädigten Akkumulators ist ein Ladestrom
in der Größenordnung von 0,01 11
bis 0,05 /1 zu wählen. Dabei ist es ausnahmsweise
günstig, wenn der Akkumu­
lator eine etwas erhöhte Temperatur hat.
Die Empfehlung lautet: etwa 40 oc [6].
Durch dieses Verfahren wird der Akkumulator
in einer Geschwindigkeit geladen,
die dem nur langsam möglichen Abbau
der grobkristallinen Sulfatpartikel ange­
passt ist. Die erhöhte Temperatur verbes­
sert nach [6], [7] und [8] die Löslichkeit
des Bleisulfates.
Bei dieser Regeneration ist am Ladegerät
eine schnell und zuverlässig ansprechende
Strombegrenzung erforderlich und am bes­
ten auch eine Sicherung. Wenn der Akkumulator
wieder aktiv wird, könnte er wegen
der erhöhten Ladespannung einen viel zu
hohen Ladestrom ziehen und sich dadurch
selbst schädigen. Diese Art der Regenera­
tion ist deshalb immer zu beaufsichtigen.
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