Kemizam i sulfatizacija olovno-kiselinskih akumulatora

Kemizam olovno-kiselinskog akumulatora najlakše je objasniti preko promjene gustoće elektrolita. Gustoća elektrolita je, također,  najpouzdaniji parametar za određivanje količine energije u akumulatoru.

Elektrolit je mješavina destilirane vode i sulfatne (sumporne) kiseline, a gustoća elektrolita je omjer sulfatne kiseline i destilirane vode u elektrolitu.

Ako na gustoću elektrolita ne djelujemo izvana, tada se gustoća elektrolita mijenja u ovisnosti o količini naboja u bateriji, odnosno napunjenosti baterije.

Pri potpuno napunjenoj bateriji gustoća iznosi 1,285 kg/dm³, dok kod prazne baterije gustoća 1,150 kg/m³ (pri +20⁰C)

To znači da se udio sulfatne kiseline u elektrolitu mijenja u ovisnosti o napunjenosti baterije.

U praksi se mjerenje gustoće elektrolita provodi vrlo jednostavno bometrom, refraktometrom ili sl.

Prilikom pražnjenja baterije sulfatna kiselina iz elektrolita sa olovom sa elektroda tvori molekule olovnog sulfata (PbSO₄) koji se pojavljuje u vidu sloja kristala na elektrodama. Tada imamo manjak sulfatne kiseline u elektrolitu koji se očituje kao smanjenje gustoće.

Stvaranje sloja olovnog sulfata na elektrodama se naziva primarna ili dnevna sulfatizacija.

Prilikom punjenja se molekula PbSO₄ raspada na SO₄ grupu (tzv. kiselinski ostatak) i olovo. Ovaj proces se naziva primarna desulfatizacija.

Kiselinski ostatak se veže sa 2 atoma vodika i ponovo formira molekulu sulfatne kiseline H₂SO₄  i pri tome se evidentira povećenje gustoće elektrolita. Atom olova iz molekule olovnog sulfata pada u taložnik i formira tzv. smeđi mulj ili vodljivi talog na dnu baterije.

Dakle, sulfatizacija je potpuno prirodna pojava, koja se poništava slijedećim punjenjem akumulatora.

Nadopunjavanje akumulatora, USLOJAVANJE SULFATA

Zbog cijelog niza razloga, u svakodnevnoj praksi, vrlo rijetko se može vidjeti akumulator koji se u pravilnim vremenskim intervalima potpuno puni, odnosno prazni.

Korisnici akumulatora su vrlo često prisiljeni pribjegavati dopunjavanju, a tu su i problemi sa samopražnjenjem, kao i problemi s punjačima.

U praksi nadopunjavanje gotovo nikada ne rezultira potpunom napunjenosti akumulatora. Trajanje tog punjenja često je definirano trajanjem pauze ili nekim drugim prekidom u radu. To je zapravo nepotpuno punjenje.

Kemijsko-fizikalna slika tog stanja je slijedeća:

Dio SO₄ je na pločama u vidu PbSO₄, a dio je u elektrolitu u vidu sulfatne kiseline.

Ako sad započnemo proces punjenja, zapravo smo započeli proces povećanja gustoće elektrolita, odnosno, proces raspadanja PbSO₄ na SO₄ grupu i olovo.

Ukoliko bismo napunili akumulator da 1,285 kg/dm³  zapravo bismo sav PbSO₄ sa elektroda transformirali na sastavne dijelove.

Međutim, nažalost u praksi, to gotovo nikada nije slučaj.

Kratko puneći akumulator mi smo samo jedan mali dio PbSO₄ transformirali na sastavne dijelove, a veći dio je ostao na elektrodama.

Sada opet ulazimo u proces pražnjenja akumulatora, odnosno smanjivanja gustoće, odnosno kristalizacije sloja PbSO₄ na elektrode. Ovdje je problem što se ovaj novi sloj zapravo nadovezuje na prethodi sloj i tako sloj sulfata postaje sve veći. To se zove STRATIFIKACIJA ILI USLOJAVANJE OLOVNOG SULFATA.

Ta pojava je štetna iz nekoliko razloga:

• jer smanjuje aktivnu površinu elektroda i na taj način onemogućava punjenje akumulatora do nazivnog kapaciteta.
• povećava unutarnji električni otpor (impedanciju) unutar akumulatora i na taj način se povećavaju toplinski gubici prilikom punjenja baterije.

Bojan Fort-Mlakar ing.el.