Wartungsfrei mit Gel: Kolumne, Teil 4

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 wartungsfreien AGM-Batteriebauart, aus der Gruppe der VRLA-Batterien (Valve Regulated Lead Acid = ventilregulierte Blei-Säure-Batterien) beschäftigt. Diesmal wollen wir uns der Gel-Batterie, der ältesten Gruppe der absolut wartungsfreien Batterien widmen.

Die Gel-Batterie ist, wie gesagt, die älteste absolut wartungsfreie Batteriebauart. Die Gel- Technologie wurde bereits 1957 von der deutschen Fa. Sonnenschein erfunden und unter dem Namen »Sonnenschein dryfit« patentiert. Um diese Batterien geht es im Folgenden. Um den flüssigen Schwefelsäureelektrolyt einer Blei-Säure-Batterie zu verfestigen, damit einerseits bei Gehäusebruch keine Säure austreten kann und andererseits das bei der Ladung entstehende Wasserstoff- und Sauerstoffgas am Austreten zu hindern, muss der Elektrolyt verdickt werden und eine innere Struktur bekommen, in der das Wasserstoff- und Sauerstoffgas wieder zu Wasser rekombinieren kann.

Der Elektrolyt: Als Elektrolyt wird verdünnte Schwefelsäure (H2SO4) verwendet. Dieser wird allerdings SiO2 (Kieselsäure) beigemengt. Es entsteht dabei eine tixotrope Flüssigkeit. Diese bleibt, so lange sie in Bewegung gehalten wird, flüssig und kann so in die Batterie eingefüllt werden. Sobald die tixotrope Batteriesäure in der Batterie zur Ruhe kommt, verdickt diese zu einer gelartigen Masse, in der sich mikroskopisch feine Kanäle ausbilden in denen die Rekombination zu Wasser stattfindet. Da bei einer Gel-Batterie der Schwefelsäureelektrolyt durch Wasserstoff-Brückenbindung zu einem Gel festgelegt ist, können Gel-Batterien im Allgemeinen in jeder Lage betrieben werden.

Positive Platte: Diese besteht entweder aus einem Gitter aus Hartblei, in dem die aktive Masse als Paste aus Bleioxiden eingedrückt bzw. pastiert wird oder aus Hartbleistäben in einer Kunststofftasche, in der die aktive Masse mit Hilfe spezieller Verfahren eingefüllt wird. Das Gitter oder die Stäbe dienen 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.

Gel-Batterien mit einer positiven Gitterplatte zeichnen sich durch gutes Hochstromverhalten aus. Verwendet man an Stelle der Gitterplatten eine Stabplatte (auch Panzerplatte genannt), kann mehr aktive Masse in der Plattenkonstruktion verwendet werden, was eine höhere Lebensdauer zur Folge hat. Absolut wartungsfreie Panzerplatten-Batterien (auch OPzV-Batterien genannt) können nur in Gel-Technologie produziert werden und sind somit die langlebigsten.

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 Gel-Akkumulator kommt, anders als bei AGM-Batterien, ein zusätzlicher, mikroporöser Separator / Scheider zwischen den Platten zum Einsatz. Daher ist bei Gel-Batterien ein Kurzschluss zwischen den positiven und negativen Bleiplatten so gut wie unmöglich. Die Batterien sind daher für den harten Einsatz wesentlich besser als AGM-Batterien geeignet.

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 Gel-Elektrolyt 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 auf eine einfache Überprüfung. Dazu jedoch später noch mehr.

Da das Gel zwischen den Bleiblatten dämpfend gegen Erschütterungen wirkt, sind Gel-Batterien für den mobilen Einsatz in Reinigungsautomaten, Baumaschinen, Militärfahrzeugen (NATO-Batterie), Golfcaddies, Rollstühlen, Elektroautos, Flurförderfahrzeugen... bestens geeignet.

Gel-Batterien haben auch einen systembedingten höheren Elektrolytvorrat als andere wartungsfreie Batterien und sind deshalb unempfindlicher gegen höhere Temperaturen und Temperaturschwankungen und haben daher auch eine größere Lebensdauer.

Durch den höheren Elektrolytvorrat ist es auch möglich, dem Gel weitere Zusätze beizumengen. So werden zum Beispiel bei Solarbatterien Additive zur besseren Energieannahme bei kleinen Ladeströmen und zur schnelleren Wiederaufladung nach Tiefentladung beigemischt.

Einen Film über die Batterieproduktion finden Sie auf unserer Homepage unter »Videos«.