Elektrická výzbroj motorových vozidel (3. část)
Startovací baterie (2)
prof. Ing. František Vlk, DrSc.
Při vybíjení nebo nabíjení olověného akumulátoru (obr. 1) probíhá v každém článku elektrochemická reakce, která je dána
vztahem:
Pb + 2H2SO4 + PbO2 → 2PbSO4 + 2H2O
Ve směru horní šipky probíhá elektrochemický proces při vybíjení a elektrolyt se postupně mění z kyseliny sírové na vodu. Při nabíjení dochází k reakci ve směru dolní šipky a hustota elektrolytu opět stoupá.
Ve vodném roztoku kyseliny sírové dochází k tzv. disociaci, kdy některé molekuly kyseliny sírové H2SO4 jsou rozštěpeny na kladné kationty vodíku 2H+ a na záporné anionty kyseliny sírové SO4−2 (SO4-). V elektrolytu se ionty pohybují po uzavření elektrického obvodu směrem k příslušným elektrodám jako volné nosiče elektrického náboje (iontová vodivost).
Chemické reakce v akumulátoru:
- nabitý akumulátor
Anoda je tvořena oxidem olovičitým PbO2, katoda houbovitým olovem Pb. Elektrolytem je kyselina sírová H2SO4 zředěná destilovanou vodou na předepsanou hustotu (1,285 g·cm–3). Elektrolyt je, v závislosti na své hustotě, stále disociován na kationty H+ a anionty SO4-2 - vybíjení akumulátoru
Při vybíjení jde uvnitř akumulátoru proud od záporné elektrody ke kladné. Kationty vodíku H+ migrují ke kladné elektrodě, kde za spolupůsobení kyseliny sírové vzniká původní síran olovnatý PbSO4 a voda; anionty kyseliny sírové SO4-2 se pohybují k záporné elektrodě, na níž se rovněž vytváří síran olovnatý. Při vybíjení se materiál obou elektrod mění na původní a hustota elektrolytu klesá. - vybitý akumulátor
Kladná i záporná deska jsou tvořeny síranem olovnatým PbSO4. Hustota elektrolytu je malá (např. 17 g·cm–3). - nabíjení akumulátoru
Při nabíjení teče proud elektrolytem od kladné k záporné elektrodě a nese kationty vodíku H+. Anionty kyseliny sírové SO4-2 migrují od záporné elektrody ke kladné.
Popsané chemické reakce probíhají tak dlouho, dokud je k dispozici síran olovnatý. V okamžiku, kdy je na obou deskách přeměněn na aktivní hmotu, je další nabíjení zbytečné a dále dochází k elektrolytickému rozkladu vody na vodík a kyslík.
Požadované napětí systému vzniká spojením článků. V bateriích s jednotlivými články se spojení článků nacházejí vně baterie. Jsou to většinou šroubované nebo svařované olověné nebo měděné spoje, které mají kabelovou koncovku (obr. 2). U dřívějších baterií byly pólové hlavice vedeny víkem článků a navzájem spojeny (obr. 2 vlevo). U moderních baterií s jediným víkem jsou pólové můstky navzájem svařeny přes stěny článků. Víko baterie může být buď v provedení mono (jedno celistvé
víko), nebo v provedení blokovém (obr. 3).
Desky v článku jsou proloženy oddělovacími vložkami (separátory), které zabraňují dotyku mezi jednotlivými deskami, udržují mezi nimi konstantní vzdálenost a zpevňují celou soustavu.
Vlastnosti separátorů mají značný vliv na vlastnosti akumulátoru, a to zejména při nízkých teplotách. Separátory nesmějí bránit volnému průchodu iontů, nesmějí se dotýkat desek v příliš velké ploše, aby byl ponechán prostor pro elektrolyt a snadno se vyrovnávala jeho hustota. Separátory musí být zhotoveny z materiálu, který dobře odolává velmi agresivnímu prostředí. Na výrobu separátorů se používají skleněné tkaniny, plasty a v poslední době se vyrábějí mikroporézní separátory ze speciálních papírů, což příznivě ovlivňuje funkci akumulátorů, zejména při nízkých teplotách.
(pokračování)
Obr. 1. Proces nabíjení baterie
Obr. 2. Starší provedení spojování článků baterie (vlevo) a moderní přímé propojení článků monovíkem (vpravo)
Obr. 3. Blokové víko baterie