elektrochemie

Een accu, of ook wel accumulator genoemd, is een systeem waarin elektrische energie chemisch is opgeslagen. Lood -zwavelzuur- of nikkel cadmium accu's zijn zogenaamde secundaire batterijen wat betekent dat deze na ontladen ook weer te herladen zijn. Een zink koolstof batterij kan dit niet. Het principe van de lood zwavelzuur accu berust op de "dubbel sulfaattheorie". De gedachte achter deze theorie is dat de reactieproducten die ontstaan bij het ontladen van de accu voor zowel de positieve als de negatieve elektrode hetzelfde zijn, namelijk loodsulfaat. Als gevolg hiervan is een cel van een loodaccu opgebouwd uit, door separatoren van elkaar gescheiden, positieve en negatieve elektrodes (platen) omgeven door zwavelzuur (elektrolyt). De componenten die verantwoordelijk zijn voor de omzetting van chemische naar elektrische energie zijn looddioxide (Pb^IVO2), lood (Pb) en verdund zwavelzuur (H₂O₄). Tijdens ontladen vinden de volgende reacties aan de elektrodes plaats:

Positieve elektrode:
PbO₂ + H₂SO₄ + 2H⁺ + 2 elektronen ----> PbSO₄ + 2H₂O

Negatieve elektrode:
Pb + H₂SO₄ ----> PbSO₄ + 2H⁺ + 2 elektronen

Totale reactie
PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ ----> 2PbSO₄ + 2H₂O

Als een loodaccu geladen wordt lopen de reacties de andere kant op. De snelheid waarmee de reacties verlopen is bepalend voor de prestaties die de accu kan leveren en is afhankelijk van de constructie van de accu. Uit de totale (overall) reactie blijkt dat er tijdens het ontladen zwavelzuur gebruikt wordt. Hierdoor neemt de concentratie zwavelzuur, tijdens de ontlading, in het elektrolyt af. Als gevolg hiervan kan een meting van de concentratie zwavelzuur in het elektrolyt iets zeggen over de ladingstoestand van de accu. Gerelateerd aan het soortelijk gewicht van het elektrolyt is ook de celspanning in rust, Elektro Motorische Kracht of EMK. Een redelijk betrouwbare meting van de EMK is slechts dan mogelijk indien de accu volledig losgekoppeld is van een circuit.

Celspanning (V) = zuurdichtheid elektrolyt + 0,84

Een meting van de celspanning (of accuspanning als het meerdere gekoppelde cellen betreft), zegt ook iets over de ladingstoestand van de accu. Omdat met veel factoren geen rekening gehouden wordt, die ook van invloed zijn op de celspanning, is deze methode niet zo nauwkeurig als een directe bepaling van de zuurdichtheid. Zie ook Vraag 18 van de FAQ.

elektrolyt

Het elektrolyt, ook wel accuzuur genoemd, is de vloeibare component in de lood-zuuraccu en bestaat uit een 37% oplossing van zwavelzuur(H₂SO₄) in water (H₂O). In de lood-zuuraccu vormt het elektrolyt niet alleen de geleidende component tussen de positieve en negatieve platen, het vormt ook een actieve component die tijdens de ontlading wordt verbruikt.

De dichtheid van het elektrolyt, bij een volledig geladen accu, is 1,280 kg/l. Deze concentratie is gekozen omdat hierbij de hoeveelheid in de zwavelzuur aanwezige capaciteit het grootst is (hoe meer zwavelzuur, hoe groter de hoeveelheid sulfaationen, hoe meer loodsulfaat gevormd kan worden) bij een zo laag mogelijke corrosiviteit t.a.v. de positieve platen. De dichtheid van het elektrolyt van een volledig ontladen accu is 1,080 kg/l: het soortelijk gewicht van het elektrolyt wordt bepaald m.b.v. een zuurweger (hydrometer).
Wijkt de gemiddelde omgevingstemperatuur sterk af van de 20°C dan kunnen de accu's geleverd worden met zogenaamd tropenzuur voor warme condities of poolzuur voor extreem koude condities.
Onder lading gaat een accu gassen. Bij gassen wordt water omgezet in knalgas. Dit verlies aan elektrolyt dient regelmatig aangevuld te worden (zie Vraag 10 van de FAQ).
De dichtheid van verdund zwavelzuur is afhankelijk van de temperatuur: elke 7°C afwijkend van de 20°C wordt de gemeten zuursterkte 0,5 punt lager (temperatuur 27°C) of hoger (temperatuur 13°C):

6°C 1,290 kg/l <---- 13°C 1,285 kg/l <---- 20°C 1,280 kg/l ----> 27°C 1,275 kg/l ----> 34°C 1,270 kg/l

EN50342

De Europese norm EN50342 beschrijft de methode, volgorde en eisen van testen van startaccu's: een voorbeeld hiervan is een capaciteitstest, uitgevoerd als een ontlading met een constante stroom I, waarbij I = capaciteit / 20, bij een omgevingstemperatuur van 25°C ± 2°C, tot een spanning van 10,5 Volt (1,75 Volt per cel). De duur van de ontlading dient minstens 20 uur te bedragen. Voorbeeld:

accutype 600.026.060: 100 Ah / 20h: na 20 uur ontladen met een stroom van 5 A moet de accuspanning > 10,5 Volt zijn.

Naast de capaciteit beschrijft de norm de volgende testen:
- reststart
- koudstart
- reservecapaciteit
- levensduur
- waterverbruik
- zelfontlading

ETN

Jarenlang is in de automotive bedrijfstak voor accu's gebruik gemaakt van DIN nummers ter identificatie. Het DIN nummer, bestaande uit 5 cijfers, was uniek voor elk accutype en beschreef de fysieke, mechanische en elektrische eigenschappen. Het assortiment is echter aanzienlijk toegenomen en door globalisering en nieuwe technologieën was er behoefte aan eenduidigheid en standaardisatie. Uit deze behoefte is ETN ontstaan.

doel van ETN
- Een uniform en informatief Europees nummersysteem
- Gemakkelijk te vergelijken elektrische specificaties voor batterijen
- Een eenvoudige identificatie van een batterij voor automobielproducenten, hun toeleveranciers en eindgebruikers
- Een duidelijk gedefinieerde classificatie van de batterij met specificaties van mechanische en elektrische eigenschappen.

structuur van ETN

- GROEP A: Spanning en de nominale capaciteit (C_n)
- GROEP B: Afmetingen, schakelschema, bodemlijst, etc.
- GROEP C: Koudstartstroom volgens NEN-EN 50342 (I_CC)

Structuur van GROEP A
- Spanning en de nominale capaciteit (C_n)
Voor 6 Volt batterijen staan de 3 cijfers voor de nominale capaciteit:

Voor 12 Volt batterijen kan de nominale capaciteit bepaald worden door van de 3 cijfers 500 af te trekken:

Structuur van GROEP B
Fysieke karakteristieken zoals:
- afmetingen van de behuizing
- schakelschema (plaats van de pluspool en minpool)
- dekseltype
- bodemlijst
- handgrepen
- gasafvoersysteem
- trillingsbestendigheid
- levensduur

Structuur van GROEP C
- Groep C vermenigvuldigd met factor 10 resulteert in de koudstartstroom in Ampères (A)

- Groep C is gebaseerd op een vaste stapgrootte voor de koudstartstroom

- Groep C koudstarttest bestaat uit 3 delen:
o 10 seconden ontladen met I_CC
o 10 seconden pauze (t.b.v. omschakeling stroom op testapparatuur)
o ontladen met 0,6 x ICC tot 6V (12 Volt startaccu)

- Groep C koudstarttest eisen:
o V10s = 7,5V (na 10 seconden start met I_CC moet de spanning hoger zijn dan 7,5 Volt)
o t6V = 150s (totale duur van de start tot 6 Volt moet groter zijn dan 150s)

Voor een specificatie voorbeeld van de 574.012.068 klik hier

expander