Spis treści:
Akumulatory kwasowo-ołowiowe są jednymi z najstarszych elektrochemicznych źródeł energii. Poznaj ich nowe wcielenie i dowiedz się, czym różni się ono od akumulatorów AGM.
Trochę historii – jak i dlaczego powstały akumulatory żelowe?
Akumulatory żelowe zostały wprowadzone na rynek w latach 60. i 70. XX wieku. Powstały jako odpowiedź na potrzebę posiadania bezpieczniejszego i bardziej niezawodnego akumulatora kwasowo-ołowiowego w porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami “mokrymi”, bazującymi na ciekłym elektrolicie w postaci kwasu siarkowego. To klasyczne rozwiązanie – pomimo pewnych zalet – było bowiem dość uciążliwe w obsłudze: elektrolit „zużywał się”, co wymagało okresowego uzupełniania go poprzez korek, umieszczony w górnej części obudowy. Wszelkie nieszczelności groziły zatem wyciekiem żrącej substancji, co niejednokrotnie było przyczyną obrażeń użytkowników oraz uszkodzeń powierzchni, nad którą znajdował się akumulator w czasie awarii.
Rzecz jasna, aby uniknąć problemów związanych z wylewaniem się kwasu siarkowego poza obudowę, konieczne było instalowanie akumulatora tylko w jednej, „prawidłowej” pozycji – montaż na boku lub tym bardziej do góry nogami absolutnie nie wchodził w grę, co w niektórych sytuacjach znacząco ograniczało praktyczną przydatność tego typu źródeł energii. Dlatego właśnie akumulatory żelowe okazały się szczególnie atrakcyjne dla zastosowań wymagających większej niezawodności, zaś użyta w nich technologia (o niej za chwilę) pozwoliła – niejako „przy okazji” – uzyskać szereg innych, niezwykle cennych zalet: odporność na wstrząsy czy też możliwość pracy w ekstremalnych warunkach pogodowych, zwłaszcza w szerokim zakresie temperatur otoczenia.
Akumulator żelowy - budowa
Wewnętrzna konstrukcja akumulatora żelowego – podobnie, jak w przypadku klasycznych akumulatorów kwasowo-ołowiowych – składa się z szeregu równoległych płyt ołowianych, pełniących rolę elektrod i oddzielonych od siebie izolującymi separatorami, zabezpieczającymi przed przypadkowym zwarciem sąsiadujących „okładzin”.
Główna różnica polega jednak na strukturze elektrolitu – podczas gdy w klasycznych akumulatorach kwasowo-ołowiowych był to po prostu stężony kwas siarkowy, to w akumulatorach żelowych został on zmieszany z krzemionką, co nadało całości postać gęstego żelu. W ten prosty sposób akumulatory zyskały możliwość pracy w dowolnej pozycji, co więcej – mogą być produkowane w uszczelnionych obudowach, dodatkowo zabezpieczając wnętrze źródła energii przed wpływem otoczenia (choć najistotniejsze jest tutaj oczywiście uchronienie samego otoczenia przed wyciekiem elektrolitu).
Zasada działania
Zasada działania akumulatora żelowego jest zbliżona do innych akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Gdy akumulator jest rozładowany, jony siarczanowe łączą się z płytami ołowianymi, tworząc siarczan ołowiu. Podczas rozładowania akumulatora proces ten jest odwracany – siarczan ołowiu ulega rozkładowi, co powoduje „uwolnienie” jonów siarczanowych do elektrolitu, a w efekcie – wzrost jego gęstości. Pod względem chemicznym nie ma zatem większej różnicy pomiędzy poszczególnymi rodzajami akumulatorów kwasowo-ołowiowych, przy czym żelowa postać elektrolitu pozwala uniknąć problemów związanych zarówno ze wspomnianym wcześniej wyciekiem, jak i parowaniem wody z objętości elektrolitu.
Główne zalety akumulatorów żelowych
Najistotniejsze zalety akumulatorów żelowych wymieniliśmy już wcześniej – oprócz redukcji ryzyka wycieków oraz możliwości montażu w dowolnej pozycji, omawiane źródła energii oferują jednak znacznie więcej bardzo pożądanych cech. Jedną z nich jest dłuższa żywotność w porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi, mierzona liczbą cykli ładowania i rozładowania przed osiągnięciem określonego spadku pojemności efektywnej. Innymi słowy – akumulatory żelowe lepiej radzą sobie z intensywną eksploatacją, a to ma szczególne znaczenie w pracy cyklicznej, np. systemach zasilania wózków inwalidzkich, wózków widłowych, pojazdów golfowych czy też łodzi.
Akumulatory żelowe są także szeroko stosowane w systemach energii odnawialnej, np. w magazynach energii współpracujących z instalacjami fotowoltaicznymi typu off-grid. W takich właśnie aplikacjach ujawnia się znaczenie kolejnej z zalet tych akumulatorów – znacznie lepsza odporność na głębokie rozładowania w porównaniu do innych typów źródeł kwasowo-ołowiowych. W zastosowaniach przemysłowych i motoryzacyjnych dużym „plusem” jest także doskonała odporność akumulatorów żelowych na wstrząsy i wibracje. Warto zaznaczyć, że akumulatory żelowe wymagają specjalnych ładowarek (prostowników z elektronicznymi zabezpieczeniami) – zapewnienie prawidłowych warunków ładowania pozwala bowiem uniknąć uszkodzeń, które mogłyby wystąpić przy niedostatecznej kontroli punktów odcięcia poszczególnych faz całego procesu.
Akumulatory żelowe vs. AGM
Częstym błędem jest określanie wszystkich akumulatorów bezobsługowych mianem żelowych. W istocie do grupy tej należą – oprócz bohaterów naszego artykułu – także tzw. akumulatory AGM (ang. Absorbent Glass Mat), w których elektrolit (także w postaci kwasu siarkowego) jest utrzymywany pomiędzy płytkami ołowianymi za pomocą maty z włókna szklanego. Materiał ten działa jak wytrzymała gąbka, wchłaniająca elektrolit i umożliwiająca jego równomierne rozprowadzenie między elektrodami. Ponieważ jednak konstrukcja taka eliminuje obecność swobodnego płynu wewnątrz akumulatora, to znacząco zmniejsza się w ten sposób ryzyko przecieków i wycieku kwasu. Zaletą akumulatorów AGM jest niska rezystancja wewnętrzna, co daje im zdolność do pracy z prądami rozładowania o wyższym natężeniu chwilowym (w porównaniu do akumulatorów żelowych). Jednocześnie, akumulatory AGM lepiej radzą sobie z pracą buforową, np. w systemach UPS dla serwerowni, infrastrukturze telekomunikacyjnej czy też systemach oświetlenia awaryjnego.
