Blei-Gel-Akkus

Blei Gel Akkus

Der am häufigsten für Solarbatterien verwendete Akkutyp war in der Vergangenheit der Bleiakkumulator. Für seinen Einsatz sprach der geringe Preis pro speicherbarer Energiemenge, die erreichbare Wartungsfreiheit, die geringe Selbstentladung und der vergleichsweise hohe Wirkungsgrad von etwa 80%. Die Verluste bei Bleiakkus sind zum Teil durch das Ausgasen von Knallgas bei der Ladung zu erklären. Bei wartungsfreien Blei-Gel-Akkus sind die Ausgasungen reduziert. Solar-Bleiakkumulatoren unterscheiden sich in ihrem inneren mechanischen Aufbau von anderen Bleiakkumulatoren, sie sind optimiert auf eine besonders hohe Lebensdauer, Zyklenfestigkeit und das Verhalten bei tiefer Entladung. Typisch sind Zyklenzahlen von 1200 bis 80% Entladetiefe.
Wartungsfreie Blei-Gel-Akkus haben den Vorteil, dass sich keine oder nur eine minimale Säureschichtung ausbildet dafür aber wesentlich geringe Zyklenzahlen erlauben. Eine zusätzliche Umwälzung der Säure verhindert bei Bleiakkus komplett die Säureschichtung. Dies ist vor allem im stationären Betrieb von Bedeutung.
Zum Teil werden auch sog. Staplerbatterien eingesetzt, das sind Akkus, die üblicherweise bei Gabelstaplern als Traktionsbatterie zum Einsatz kommen. Dabei handelt es sich noch um Bleiakkumulatoren, jedoch mit 1500 Ladezyklen und günstigem Preis-Leistungs-Verhältnis.

Gemeinsame Merkmale verschlossener Bleiakkumulatoren sind:
•    Die Zellen sind zugeschweißt, es existiert lediglich ein Überdruckventil.
•    Der Elektrolyt ist eingedickt, also nicht mehr flüssig.

Dadurch ist es möglich, verschlossene Bleiakkumulatoren dauerhaft in Seitenlage zu betreiben. Jedoch nur, wenn die Plattensätze vertikal angeordnet sind, um das rekombinierte Wasser aufzusaugen. Aufgrund der Kapillarwirkung ist bei horizontaler Lage der Plattensätze der Elektrolyt-Sättigungsgrad der oberen Schichten nicht gewährleistet. Bleiakkumulatoren können aufgrund der Sicherheitsventile nicht dauerhaft „über Kopf“ betrieben werden, da dann ein Austritt von Tropfmengen des Elektrolyten möglich wäre. Vorübergehendes Betreiben oder Lagern in ungewöhnlichen Lagen ist jedoch unkritisch, weswegen Postversand oder Umdrehen von Geräten wie Rasenmähern zu Wartungsarbeiten kein Problem ist.

•    Bei herkömmlichen Bleiakkumulatoren muss regelmäßig in der Wartung destilliertes Wasser in den einzelnen Zellen nachgefüllt werden, das im Zuge der Gasung oder bei Erwärmung verdunstet und dabei auch die Säurekonzentration verändert. Dies ist bei verschlossenen Akkumulatoren nicht möglich und auch nicht notwendig.
•    Verschlossene Bleiakkumulatoren gasen deutlich weniger als herkömmliche: Durch den festgelegten Elektrolyten hindurch bilden sich Gaskanäle aus. Der durch die Nebenreaktion an der positiven Elektrode gebildete Sauerstoff kann daher direkt zur negativen Elektrode wandern und dort zu Wasser rekombinieren.
•    Bei Überladung eines verschlossenen Bleiakkumulators, etwa bei defektem Laderegler, wird ein Überschuss an Sauerstoff erzeugt, der nicht mehr rekombinieren kann. Im gleichen Maße wird an der negativen Elektrode Wasserstoff erzeugt. Da ein Nachfüllen des Elektrolyten nicht möglich ist, erfordern verschlossene Bleiakkumulatoren somit ein angepasstes Ladeverfahren. Es muss vermieden werden, dass der Akkumulator über längere Zeit bei einer zu hohen Spannung geladen wird, die mit starker Gasung verbunden ist. In diesem Fall entweichen die Gase durch das Überdruckventil, und der Akkumulator kann mit der Zeit austrocknen; die über die Sicherheitsventile ausgetretenen Gase können nicht mehr rekombiniert werden. Die Ventile haben Richtungswirkung und lassen keine Belüftung bzw. Rückführung von Medien zu. Der Einsatz von katalytisch wirkendem Werkstoff erfolgt niemals im Inneren eines Akkumulators und ist nur bei offen belüfteten Systemen möglich, er dient dann zur Gastrocknung, um äußere Benetzung zu vermeiden.
•    Bei der Ladung mit einer überhöhten Spannung besteht bei verschlossenen Bleiakkumulatoren die Gefahr des Thermischen Durchgehens: Der interne Sauerstoffkreislauf erwärmt den Akkumulator. Eine Erhöhung der Akkumulatortemperatur führt bei konstanter Spannung zu einem erhöhten Ladestrom. Dieser führt zu einer vermehrten Gasentwicklung und der Sauerstoffkreislauf wird verstärkt. Dieser selbstverstärkende Prozess kann den Akkumulator überhitzen und zerstören.

Ein Gelakkumulator ist eine Bauform des Bleiakkumulators, bei dem durch Zusatz von Kieselsäure (daher auch oft: Silicium-Gel-Akkumulator) der Elektrolyt (flüssige Schwefelsäure) gebunden wird. Weil diese Art Akkumulator vollständig verschlossen ist, ist es daher auch nicht möglich, Wasser nachzufüllen. Diese Bauart wird auch als SLA-Akkumulator (SLA = engl. sealed lead acid) bezeichnet.

Spezifische Eigenschaften von Gelakkumulatoren:

•    Es tritt praktisch keine Säureschichtung auf, die sonst einen relevanten Kapazitätsverlust durch Entmischung bewirkt, mit dichterer Säure unten, dünnerer oben. In Vliesakkumulatoren ist sie gegenüber Standard-Akkumulatoren mit flüssigem bzw. ungebundenem Elektrolyt zumindest vermindert.
•    Der Innenwiderstand von Gel-Bleiakkumulatoren ist höher als bei vergleichbaren nicht verschlossenen Bleiakkumulatoren. Sie sind daher weniger geeignet, hohe Ströme zu liefern, wie sie bei der Anwendung als Starterbatterie erforderlich sind. Für Motorräder, Motorroller und ähnliche Fahrzeuge sind Gelakkumulatoren allerdings gerade wegen ihrer geschlossenen Bauform sehr wohl verfügbar.

Bleiakkus können bei regelmäßiger Pflege eine recht hohe Lebensdauer von mehreren Jahren erreichen. Während preiswerte und meist minderqualitativen Akkumulatoren als Starterbatterie oft nur 2 bis 4 Jahre einsetzbar sind, können hochwertige Ausführungen bis zu 10 Jahre ihre Funktion erfüllen. Traktionsbatterien oder Speicherbatterien können je nach Qualität und Belastung zwischen 5 und 15 Jahre Lebensdauer erreichen. Allerdings gibt es sehr große Qualitätsunterschiede, die bei Bleiakkumulatoren teilweise schon im Gewicht abschätzbar sind. Bei Bleiakkumulatoren gleicher Kapazität und Größe, aber mit verschiedenem Gewicht, ist in der Regel der schwerere Akkumulator länger haltbar, da die Bleigerüste massiver ausgeführt sind. Die Belastbarkeit im Neuzustand ist davon nicht direkt beeinflusst, da auch eine schwächere Blei-Struktur mit großer aktiver Oberfläche ausgeführt werden kann (Strukturierung). Generell altern Akkumulatoren und zählen als Verschleißteil. Das liegt bei Bleiakkumulatoren in erster Linie an der innerenKorrosion (bei nur äußerer Korrosion, siehe auch: Polfett) der Bleigerüste der Elektroden, an der Entstehung von feinen Kurzschlüssen und an der Sulfatierung des Bleis, die bewirkt, dass sich die PbSO4-Kristalle zu immer größeren Verbünden zusammenschließen. So verringert sich die elektrochemisch aktive Oberfläche des PbSO4. Durch diese kleinere Oberfläche löst sich das PbSO4 immer schlechter. So dauert es sehr lange, bis eine hinreichend hohe Konzentration an Pb2+ vorliegt. Außerdem ist die elektrische Leitfähigkeit des Sulfats geringer als diejenige von Blei. Der dadurch erhöhte Innenwiderstand der Zelle führt bei Belastung zu einem stärkeren Spannungsabfall.
Zum Aufladen sollte ein passender Laderegler verwendet werden, um die vor allem bei geschlossenen gebundenen Bleiakkumulatoren (Blei-Gel, Blei-Vlies) schädliche Überladung zu vermeiden und die Gasung zu beschränken. Bei offenen Bleiakkumulatoren mit flüssigem Elektrolyt ist Überladung weniger kritisch, da die durch Ausgasung entstandenen Verluste mit destilliertem Wasser ausgeglichen werden können und die Gasung zu einer Durchmischung der Säure führt und eine nachteilige Säureschichtung verhindert. Für Bleiakkumulatoren geeignete Laderegler stellen einen maximalen Ladestrom zur Verfügung, bis die Zellenspannung einen typischen Wert von 2,3 bis 2,35 V erreicht hat, anschließend halten sie die Spannung konstant.
Bleiakkumulatoren sollten nicht tiefentladen (Zellenspannungen unter 1,8 V) werden, da dies zu irreparablen Schäden führt und den Akkumulator unbrauchbar machen kann. Aus wirtschaftlichen Gründen sollten daher die Batterien nicht unter 20 % der Kapazität entladen werden, dies entspricht einer Elektrolytdichte von ungefähr 1,16 g/cm³. Unter diesem Wert gilt ein Akkumulator als tiefentladen und ist möglichst umgehend geeignet aufzuladen.[4]
Verunreinigungen im Elektrolyten wie z. B. Eisenmetall- oder Edelmetallsalze setzen die Überspannung des Wasserstoffs herab und leiten deshalb eine spontane Selbstentladung ein.

Solarstromspeicher: Überschuss in Solar-Akku speichern

Allerdings sind die Kosten für die Akkus immer noch zu hoch. So kommt die Greenpeace-Energy-Studie zur Selbstversorgung mit Solarstrom zu der Einschätzung, dass Batterien erst rentabel werden, wenn deren Lebenserwartung mindestens 20 Jahre betrage und der Preis je Kilowattstunde Speicherkapazität 300 bis 400 Euro nicht überschreite. Bislang kosten die Speicher allerdings noch mehr als das Doppelte. Die Studie fordert deshalb eine gezielte Förderung intelligenter Speicher mit Regelungstechnik. Durch diese könnte zum Beispiel gesteuert werden, dass bestimmte Haushaltsgeräte wie beispielsweise Waschmaschinen erst dann in Betrieb gehen, wenn die Solaranlage genügend Strom produziert. In Kombination mit dem Energiespeicher könne damit das Stromnetz entlastet werden. Die Vision der Umweltaktivisten: Die Speicher könnten auch von den Energieversorgern als Pufferspeicher genutzt werden, wenn gerade zu viel Strom im Netz verfügbar ist.
Laut Greenpeace könne der Anteil des Solarstroms, der nicht eingespeist, sondern selbst im Haushalt verbraucht wird, von heute oft rund 20 Prozent mit Solar-Akku und Regelungstechnik im Bestfall auf über 90 Prozent ansteigen.

Hersteller Blei-Gel Akkus

  • Longex
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  • Trojan
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