Wartungsfrei: Kolumne, Teil 3
Batterien und ihre industrielle Anwendung:
Wenn es um die sichere Energieversorgung ohne vorhandenen Netzanschluss sowie auch bei Netzausfall oder kurzen Netzunterbrechungen geht, kommt man an dem Thema Batterie nicht vorbei. In der letzten Kolumne haben wir uns mit der ältesten Bauart, der sogenannten Classic-Baureihe (Batterien mit Flüssigsäure) beschäftigt. Diesmal wollen wir uns einer Gruppe der wartungsfreien Batterien widmen. Diese werden im Oberbegriff auch als VRLA-Batterien bezeichnet. Wobei VRLA Valve Regulated Lead Acid, also ventilregulierte Blei-Säure-Batterien, bedeutet.
Diese VRLA-Batterien werden weiter in zwei Gruppen aufgeteilt. Die älteste und von der deutschen Fa. Sonnenschein 1957 erfundene wartungsfreie Blei-Säure-Batterie ist die Gel-Batterie, die zweite Gruppe wird als AGM-Batterie bezeichnet. Um diese geht es im Folgenden.
AGM ist die Abkürzung für Absorbed Glass Mat, was übersetzt so viel wie absorbierendes Glasvlies bedeutet. Dieses Glasvlies kann man sich wie Mineralwolle (kennt man aus der Baubranche zum Isolieren) vorstellen. In diesem Glasvlies ist der Elektrolyt aufgesaugt.
•Der Elektrolyt: Das Verhältnis Säurefüllmenge zur Aufnahmekapazität dieses Glasvlieses bzw. dieser speziellen Glasfasermatten ist so abgestimmt, dass die Säure komplett im Vlies gebunden wird, jedoch der Sättigungsgrad des Vlieses nicht vollständig erreicht wird. Dadurch ist gewährleistet, dass die Batterie innen dauerhaft nahezu trocken und auslaufsicher ist. AGM-Batterien können daher im Allgemeinen auch um 90° umgelegt betrieben werden. Als Elektrolyt wird wiederum verdünnte Schwefelsäure (H2SO4) verwendet, allerdings in einer höheren Konzentration als bei Classic-Batterien.
•Positive Platte: Diese besteht aus einem Gitter aus Hartblei, in dem die aktive Masse als Paste aus Bleioxiden eingedrückt bzw. pastiert wird. Das Gitter dient als Träger der aktiven Masse und als Stromleiter während der Ladung und Entladung. Die aktive Masse besteht wie bei der Classic-Batterie aus Bleidioxid (PbO2). Diese wird auf elektrochemischem Wege in der Produktion während der Formation (anodische Reaktion) aus Blei, Bleiglätte (PbO) und Mennige (Pb3O4) hergestellt.
Wegen der dünnen Platten, beträgt die Lebensdauer von AGM-Batterien im Allgemeinen nur 5–7 Jahre. Spezielle Ausführungen können jedoch eine Lebendsauer von 10–12 Jahren unter idealen Bedingungen erreichen.
Da bei der AGM-Batterie eine gute Anbindung zwischen der in Vlies aufgesaugten Säure und den Bleiplatten sichergestellt sein muss, können nur Platten mit einer glatten Oberfläche, also Gitterplatten, verwendet werden. Ebenfalls ist für die bessere Verbindung zwischen Platten und Vlies auch ein gewisser Druck notwendig, so werden die Plattensätze vom Batteriegehäuse zusammengepresst. Durch den daraus folgenden geringeren Abstand zwischen den Platten kann nur weniger Elektrolyt eingefüllt werden. Um das elektrochemische Gleichgewicht zwischen Blei- und Säuremenge trotzdem herzustellen, muss ein Elektrolyt mit einer höheren Konzentration (Säuredichte) verwendet werden. Wegen der höheren Säuredichte haben AGM-Batterien bei vergleichbarem Volumen eine höhere Kapazität, allerdings auch eine geringere Lebensdauer.
•Negative Platte: Die wirksame Masse ist fein verteiltes schwammiges Blei, einpastiert in ein Gitter aus Hartblei. Der Aufbau entspricht damit der positiven Gitterplatte.
•Separation: Beim AGM-Akkumulator nehmen spezielle Glasfasermatten zwischen den Bleiplatten die Batteriesäure auf. Um Kurzschlüsse zwischen den positiven und negativen Platten zu vermeiden, ist die Qualität des Vlieses von entscheidender Bedeutung. Einerseits soll es möglichst viel Säure aufnehmen können und daher möglichst makroporös sein, andererseits soll es Kurzschlüsse verhindern und daher mikroporös sein. Der gute Kompromiss ist meist das Geheimnis des Herstellers.
•Gasung: Im Betrieb, also beim Laden und Entladen, entstehen während der Ladung und Ladeerhaltung Wasserstoff- und Sauerstoffgas. Dieses, auch Knallgas genannt, kann wegen der Struktur des Vlieses nicht ungehindert aufsteigen. Der Sauerstoff O2 der an der positiven Platte entsteht, wird von der negativen Platte elektrostatisch angezogen und rekombiniert mit dem dort entstehenden Wasserstoff H wieder zu Wasser.
Dieser Rekombination ist es zu verdanken, dass kein Wasser nachgefüllt werden muss und auch darf, wodurch die Wartungsfreiheit der Batterie entsteht. Daher beschränkt sich die regelmäßige Wartung auch auf eine einfache Überprüfung. Dazu jedoch später noch mehr.
Qualitativ gute wartungsfreie AGM-Batterien sind aufgrund ihrer guten Kapazitätsdichte bei USV- (Unterbrechungsfreie Stromversorgungen) und Notbeleuchtungs-Anlagen sehr beliebt. Die günstigeren AGM-Batterien mit geringerer Lebensdauer werden in kleinen PC-USV-Anlagen, Alarmanlagen und Spielzeugen verwendet.