Auf Nummer Sicher: Kolumne, Teil 2

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. Im letzen Beitrag haben wir uns mit der geschichtlichen Entwicklung der Bleibatterie beschäftigt und die Aufteilung in die drei Hauptanwendungsgebiete Starterbatterie, Traktionsbatterie und Stationärbatterie kurz erklärt. Wie angekündigt, wollen wir uns in Zukunft an dieser Stelle dem Thema Stationärbatterien widmen. In den nächsten drei Ausgaben geht es konkret um die drei unterschiedlichen Technologien bzw. Bauarten, also um Classic-, AGM- und Gel-Batterien im industriellen Einsatz.

Die älteste Bauart ist die sogenannte Classic-Baureihe. Bei dieser ist die Batterie im Prinzip wie vor 150 Jahren aufgebaut. Zwei Bleiplatten, eine positive und eine negative, tauchen in einen Elektrolyten aus verdünnter Schwefelsäure. Zwischen den Platten befinden sich Separatoren.

Der Elektrolyt: Dafür wird verdünnte Schwefelsäure (H2SO4) verwendet. Reines Blei wird von konzentrierter Schwefelsäure aufgelöst, von schwacher jedoch nicht. Diese chemische Reaktion beginnt bei einer Säuredichte von 1,30 bis 1,35 kg/l. Daher wird meist eine Säuredichte von 1,25 kg/l verwendet. Um 100 l Batteriefüllsäure zu erhalten, muss man 71 l gereinigtes, destilliertes Wasser mit 32 l Mischsäure vermengen, bedingt durch die Kontraktion erhält man dann 100 l Batteriesäure.

Positive Platte: Die aktive Masse besteht aus Bleidioxid (PbO2). Diese wird auf elektrochemischem Wege in der Produktion während der Formation (anodische Reaktion) aus Blei, Bleiglätte (PbO) und Mennige (Pb3O4) hergestellt. Bleidioxid hat eine schwarzbraune Farbe. Daran lässt sich auch die positive Platte im eingebauten Zustand in einer Batterie leicht erkennen. Die positive Platte gibt es in drei Bauarten:

+ GroE (Groß-Oberflächenplatte im Engeinbau): Diese Batterietype hat aufgrund ihrer großen Oberflächenstruktur ein sehr gutes Hochstromverhalten und wegen der großen Plattendicke auch eine sehr lange Lebensdauer von bis zu 25 Jahren. Verwendet werden diese Batterien aus Kostengründen nur mehr selten in der Energieversorgung bzw. im Kraftwerksbereich.

+ OPzS (Ortsfeste Panzerplatte mit Spezialseparator): Die Panzer- oder auch Röhrchenplatte genannt, wird aus mit Bleidioxid gefüllten Geweberöhrchen hergestellt. Durch die Verwendung von Geweberöhrchen können relativ dicke Platten realisiert werden, wodurch sich eine lange Lebensdauer von bis zu 15 Jahren auch bei hoher Beanspruchung (Lade-/Entladebetrieb) ergibt. Diese Batterien sind daher im anspruchsvollen indus­triellen Einsatz sehr verbreitet. Sie werden in der Telekommunikation, Energieversorgung usw. eingesetzt.

+ OGi (Ortsfeste Gitterplatte): Diese besteht aus einem Gitter aus Hartblei, in welches 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 wird bei der Formation in PbO2 gewandelt. Da die Platten dünner sind, als bei den beiden zuvor genannten Plattenkonstruktionen, ist die Lebensdauer von OGi-Batterien mit bis zu 10 Jahren auch geringer.

Negative Platte: Die wirksame Masse ist fein verteiltes schwammiges Blei, einpastiert in ein Gitter aus Hartblei. Der Aufbau entspricht damit der positiven Gitterplatte. Das Schwammblei entsteht durch katodische Reaktion von Bleiverbindungen.

Eine Sonderform der negativen Gitterplatte ist die Kupfer-Streckmetall-Platte. Bei ihr wird anstelle des Gitters aus Hartblei ein Gitter aus verzinntem und anschließend verbleitem Kupfergitter verwendet. Da Kupfer einen erheblich niedrigeren elektrischen Widerstand als Hartblei hat, besitzt eine OCSM-Batterie einen wesentlich geringeren Innenwiderstand und ist damit extrem hochstromfest und auch für Kurzzeitentladungen bestens geeignet. Da die positive Platte einer OCSM-Batterie aus Panzerplatten besteht, erreicht sie auch eine extrem hohe Lebensdauer von 20 Jahren. Diese Batterien werden in Anlagen verwendet, wo höchste Zuverlässigkeit, vereint mit sehr guter Hochstromfestigkeit und langer Lebensdauer gefordert ist, wie etwa in der Telekommunikation, Energieversorgung und Energieverteilung.

Separation: Um Kurzschlüsse zwischen den positiven und negativen Platten zu verhindern, werden diese mit mikroporösen Scheidern getrennt. Üblich sind gerippte oder gewellte Kunststoffscheider.

Gasung: Beim Betrieb, also Laden und Entladen, entsteht während der Ladung und Ladeerhaltung Wasserstoff- und Sauerstoffgas. Dieses, auch Knallgas genannt, tritt aus der Batterie aus und bewirkt einen Wasserverlust des Elektrolyten. Um den Elektrolyt wieder zu ergänzen, muss regelmäßig destilliertes Wasser nachgefüllt werden. Weiters muss, um die Knallgaskonzentration im Batterieraum niedrig zu halten, für eine entsprechende Raumlüftung gesorgt werden. Daher müssen Classic-Batterien auch regelmäßig gewartet und überprüft werden.