Geschiedenis van de accu

De loodaccubatterij voor het opslaan van elektrische energie is al zeer oud. Hij bestaat in principe uit 2 loodplaten, die geplaatst zijn in een bak met verdund zwavelzuur. Door een elektrische stroom door deze accu te sturen onstaat op de ene plaat looddioxide, de andere plaat blijft lood. Eindigt men de stroomtoevoer, dan kan met een voltmeter waargenomen worden dat de plaat met de looddioxide de pluspool is geworden en de andere plaat de min­2pool. De spanning van deze accucel is ongeveer 2 Volt. Door een weerstand of een lamp op de accu aan te sluiten blijkt dat deze enige tijd stroom kan afgeven. Dit gaat net zolang door totdat beide platen bedekt zijn met loodsulfaat. Nu blijkt dat de hoeveelheid opgeslagen elektriciteit, de lading, afhankelijk is van het plaatoppervlak dat met het verdunde zwavelzuur in contact kan komen. De oude, veel gebruikte vorm, van plaatmateriaal is voor de positieve plaat, de Plantéplaat, genoemd naar de uitvinder ervan. Deze plaat heeft een zekere dikte, waarop veel ribben zijn gevormd. Hierdoor onstaat een groter oppervlakte. Voor de bijbeho­rende negatieve plaat is gekozen voor een soort “doosjesplaat” : een plaat waarin een aantal platte doosjes zijn gevormd. Deze doosjes worden gevuld met sponsachtige loodstof en afgedekt door een fijnmazig rooster van lood, zodat het loodstof goed met het zuur in contact kan komen.

Op deze manier werden zeer grote accubatterijen ontwikkeld, die in het verleden zelfs dien­den om als buffer op te treden in een stedelijk elektriciteitsnet. Om bij grote capaciteiten de bakken niet onnodig groot te laten worden, werden vele plus- en minplaten om en om in één bak geplaatst. De bij elkaar horende plus- en minplaten zijn op 2 verzamelstrippen van lood verbonden, dus parallel geschakeld, waardoor een grote capaciteit kon worden gevormd. Om de onderlinge afstand tussen de platen zo klein mogelijk te houden, werden dunne houten schotten tussen de platen gehangen, die als isolatie moesten dienen, maar waar doorheen toch wel vloeistof- en elektronen transport mogelijk was.

Foto Daveco; zuurinstallatie Zuurinstallatie

Toen de vraag naar meer compacte batterijen vanuit het wegverkeer, de scheepvaart e.d. kwam, werden er andere plaatvormen ontwikkeld. De platen werden als roosters uitgevoerd met betrekkelijk dunne spijlen, terwijl de ruimte tussen de spijlen werd volgesmeerd met loodstof. Zo onstond de zgn. “gesmeerde” plaat. Omdat de spijlen erg dun werden gehouden om zoveel mogelijk loodstof te kunnen opnemen, moest het zuivere lood worden versterkt door bijmengsels van andere metalen, bijvoorbeeld antimoon. Door middel van de dunne “gesmeerde” plaatvorm werden zeer compacte accubatterijen mogelijk. De houten isolatie­schotten tussen de platen werden vervangen door dunne poreuze kunststof platen, zodat ook de onderlinge afstand tussen de platen nog kleiner kon worden. Het gevolg was dat op deze wijze de inwendige weerstand van de accu aanmerkelijk kleiner werd dan van het oude type Planté-accu. Dat betekende dat de kortsluitstroom bij een bepaalde capaciteit erg groot kon worden. Bovendien werd het soortelijk gewicht van het zuur verhoogd, wat eveneens nog een verlaging van de inwendige weerstand tot gevolg had.

Zo was een relatief kleine accu reeds geschikt om een grote startstroom te leveren voor het starten van een motor. Daarbij is de capaciteit in ampère (Ah) die wordt verbruikt niet zozeer van belang, maar wel de relatief zeer grote stroomstoot die tijdens het starten geleverd moet kunnen worden door de accu. Daarom is een lage inwendige weerstand voor een startbatterij noodzakelijk. De capaciteit van een accu wordt opgegeven in een aantal ampère-uren en is erg afhankelijk van de ontlaadstroom. Bij een hoge ontlaadstroom is de capaciteit aanmerke­lijk kleiner dan bij een kleine ontlaadstroom. Dit komt omdat bij een hoge ontlaadstroom de chemische reactie in het plaatmateriaal wordt afgeremd door het vloeistoftransport in de massa van de plaat.

Voorbeeld: als na het niet aanslaan van de motor tijdens het starten de accu schijnbaar leeg is, kan na verloop van tijd de accu weer opnieuw enige startstroom leveren. Een moderne startbatterij van bijv. 43 Ah kan al een startstroom leveren van 200 Ah. De spanning kan daarbij dalen tot ongeveer 1 Volt per cel.

Het gedrag van de loodaccu

Als een startbatterij geladen is, is het soortelijk gewicht van het zuur 1,28. Alle zwavel in de accu is in het zuur aanwezig en niets daarvan is in de platen gebonden. Bij ontlading worden beide platen door een chemische reactie voorzien van loodsulfaat. Hierdoor is het zwavel uit de vloeistof nodig geweest, waardoor het soortelijk gewicht is gedaald. Met een zuurweger kan op deze manier de ladingstoestand van de accu worden gemeten, want bij een ontladen accu is het soortelijk gewicht ongeveer 1,1.

Ook aan de klemspanning (spanning over de accupolen) van de accu kan de landingstoe­stand bepaald worden Deze klemspanning varieert namelijk ook van 100% geladen tot ontladen en wel van resp. 2,12 tot 1,94 Volt per cel. Dit verschil is slechts klein ten opzichte van de gemiddelde celspanning. Deze spanning kan alleen met een nauw­keurige voltmeter goed worden gemeten. De celspanning kan in het algemeen slechts goed worden vastge­steld als de accu in rusttoestand verkeert, dus als enige tijd geen laad- of ontlaadstroom heeft plaatsgevonden. Wordt een ontladen batterij geladen, dan wordt het plaatmateriaal weer terug gebracht naar de uitgangsvorm. Dit kost in het algemeen iets meer ampère-uren dan men eruit gehaald heeft.

De levensduur van een loodaccu

Zoals aan het begin van dit artikel gesteld wordt, wordt de plusplaat bij het laden overdekt met een dun laagje looddioxide. Dit is nu het kardinale punt wat de levensduur betreft. Door het steeds maar opnieuw laden worden de plusplaten steeds opnieuw geformatteerd. De vorming van looddioxide gaat steeds dieper, zodat er een tijd komt waarbij de plusplaat “doorgeformatteerd” is en in brokken uit elkaar valt. De levensduur van een accu is dus in de eerste plaats afhankelijk van het aantal uren lading dat gegeven wordt. Verder is gebleken dat de laadspanning, dit is de klemspanning die de accu tijdens het laden krijgt, van zeer groot belang is voor de levensuur. Als een 43 Ah accu met bijv. een constante stroom van 4 Ah wordt geladen, loopt de spanning tegen het eind van de lading op tot 2,5 à 2,7 Volt per cel. Gebleken is dat het “doorformatteren” van de plusplaat bij hogere laadspanning erg versneld wordt.

Daveco; Varta accu’s Compleet assortiment Varta accu’s

En dan is er nog een derde invloed van belang, namelijk de samenstelling van het plaat­mate­riaal. Is dit van zuiver lood, dan is de levensduur optimaal, doch als er andere mate­rialen, zoals antimoon e.d. voor het versterken en verharden van de platen nodig is, vermin­dert de levensduur aanzienlijk. Ook diepe ontladingen zijn schadelijk, te meer omdat de mogelijkheid bestaat dat één van de cellen eerder ontladen is dan de overige cellen. Deze cel wordt dan omgepoold; dit doet de levensduur sterk afnemen. Nu is het ook zo dat een geladen toe­stand van de batterij ook chemisch de beste toestand is. Een geladen batterij blijft echter niet vanzelf geladen, want door kruipstromen en lokale ontladingen in de plaat zelf, treedt zelf­ontlading op. De norm hierbij is dat een goede batterij niet meer zelfontlading mag hebben dan 0,4% per dag. Dit is van veel belang voor startbatterijen, die soms geduren­de lange tijd niet worden gebruikt, bijv. bij jachten die ‘s winters niet gebruikt worden. Een kwalitatief goede startaccu die 100% geladen is, heeft na een half jaar bij 10o C nog steeds 50% van zijn lading en kan gedurende deze tijd wel, zonder bijlading, met rust worden gelaten.

Tijdelijk niet gebruiken van accu’s

Een accu weegt zwaar en uit praktisch oogpunt laten we daarom de accu tijdens de winter­stalling vaak in ons schip zitten. Gezien het bovenstaande hoeft dat bij een kwalitatief goede accu ook geen bezwaar te zijn. Maar desalniettemin is de veiligste manier om er voor te zorgen dat de accu voor 100% geladen is en blijft. Daarna eens per 6 weken bijladen totdat het zuur weer op peil is (soortelijk gewicht = 1,28 bij een startbatterij en 1,20 bij een statio­naire batterij). Het ontladen van accu’s is overigens nog wel wat afhankelijk van de tempe­ratuur. Bij 20o C is de zelfontlading ongeveer 2 maal groter dan bij 10o C. Dus koud wegzet­ten is de beste manier.

Storingen bij het laden van accu’s

Als van een accu het soortelijk gewicht niet wil stijgen tot 1,28 bij een startbatterij en men zeker weet dat er geen zuur verloren is gegaan, betekent dat gewoonlijk dat er zuur in de platen is gebonden in de vorm van verhard loodsulfaat. De capaciteit van de rest van het plaatmateriaal is dan kleiner en kan aan het soortelijk gewicht worden afgemeten. Zo kan het gebeuren dat bij een gedeeltelijk gesulfateerde accu deze volgeladen lijkt bij een cel­span­ning van 2,4 Volt en weinig stroomopname, terwijl toch het zuur niet hoger komt dan bijv. 1,20. Dan kan men zeggen dat deze accu voor ongeveer 50% is gesulfateerd en de nog werkzame capaciteit dienovereenkomstig kleiner is geworden. Men mag bij zo’n batterij niet in de verleiding komen het zuur bij te vullen tot een soortelijk gewicht van 1,28 want dan wordt de sulfatering nog erger. Vul dus nooit met accuzuur bij, alleen gedestilleerd water is nodig om de vloeistof op peil te houden (ca. 1 cm boven de platen).
 

Daveco; groot assortiment motorfietsaccu’s Groot assortiment motorfietsaccu’s

Veiligheid

De 2,4 Volt per cel is de zgn. “gasgrens”. Laat men de laadspanning hoger worden, dan ontstaat relatief veel meer gasontwikkeling; dit is ontleding van het water uit het accuzuur.
Er komt dan waterstofgas en zuurstof vrij in grote hoeveelheden, het zgn. knalgas. Hiervoor moeten extra veiligheidsmaatregelen worden genomen, zoals goed ventileren. Voorzichtig­heid met open vuur in de buurt van een dergelijke accu is een vereiste. Let er eveneens op dat je geen vonken maakt in de buurt van een dergelijke accu. Bovendien heeft dit veel vloei­stofverlies tot gevolg, dat weer moet worden aangevuld met gedestilleerd water. Tevens kunnen met dit gas kleine druppeltjes accuzuur worden meegevoerd, die als zuurspatjes buiten de accu terechtkomen en daar hun “bijtend” werk verrichten. Tot slot kunnen door de sterke gassen stukjes massa uit de plaat worden losgerukt, die naar de bodem van de bak zinken en dus extra slijtage veroorzaken.

Het is dus belangrijk dat:

– u de accu’s nooit te diep ontlaadt, regelmatig laden is noodzaak.
-u de accu ook niet overlaadt, dus zorg dat uw spanningsregelaar goed staat afgesteld en gebruik een goede lader.
-u regelmatig controleert of uw accu niet “droog” staat (zonodig gedestilleerd water toevoegen).
-u de accu, gedurende de periode dat u de accu niet gebruikt, koel wegzet (vergeet het regelmatig laden niet!).