TECHNIK NEWSLETTER Ausgabe 9_September 2013
PHÄNOMEN SÄURESCHICHTUNG Häufige Ursache für den Ausfall einer modernen Vollcalciumbatterie ist die Sulfation von Aktivmasse verursacht durch eine Säureschichtung. Der vorliegende Newsletter beschäftigt sich mit diesem Phänomen im Detail. Entstehung von Säureschichtung. Eine Säureschichtung entsteht hauptsächlich bei Vollcalciumbatterien wenn diese zyklisch belastet, oder mit zu niedriger Spannung geladen werden - insbesondere nach einer Tiefentladung (z.B. Licht brennen lassen). Als Folge einer unzureichenden Durchmischung des Elektrolyts kommt es zu Schichten mit unterschiedlichen Säuredichten - mit niedriger an der Oberseite (z.B. 1,20kg/l) und sehr hoher Dichte am Boden (z.B. 1,34kg/l). Eine nicht geschichtete, vollgeladene Batterie hat eine Säuredichte von ca. 1,285kg/l (entspricht 12,75V). Wird diese entladen sinkt die Säuredichte und sowohl die pos. als auch die neg. Masse werden zu Bleisulfat. Beim Ladevorgang wandeln sich die pos. Platte zu Bleidioxid und die neg. Platte zu Blei retour. Die bei der Ladung entstehende hochkonzentrierte Schwefelsäure, mit einer entsprechend hohen Säuredichte von ca. 1,80 kg/l lagert sich aufgrund der Gravitation am Boden ab und vermischt sich nicht vollständig mit der in der Zelle vorhanden verdünnten Säure (Chart Schritt 1-3). Von der Säureschichtung zur Masseschichtung. Wirkt die hohe Säuredichte am Boden (Schritt 4) über längere Zeit führt dies zur einer dauerhaften Schädigung der Aktivmassen. Vor allem die neg. Masse sulfatiert und mit fortschreitender Dauer entsteht grobes Bleisulfat, welches zu irreversiblem Strukturverlust der neg. Masse führt. Diese groben Bleisulfatkristalle im unteren Bereich der Platte sind schwer löslich. Die Ladung wird behindert und findet nur im oberen, nicht sulfatierten Bereich der Platte statt. Diese unzureichende Ladung führt dazu, dass eine vollständige Kapazität und
Kaltstartfähigkeit wird.
nicht
mehr
erreicht
Erkennen von Säureschichtung. Eine Säureschichtung ist erkennbar, wenn die gemessene Ruhespannung nicht mit der gemessenen Säuredichte übereinstimmt. (Säuredichte+0,84)x 6 = Ruhespannung. Die Ruhespannung zeigt immer die Spannung bezogen auf die höchste Säuredichte an. Im unteren Bild wird die Ruhespannung von 13,08V von der am Boden hohen Säuredichte von 1,34 kg/l gebildet. Man nimmt dadurch an, dass die Batterie ausreichend geladen ist. Mit einer Messung der Säuredichte würde man jedoch feststellen, dass die Konzentration im oberen Bereich nur 1,20 kg/l beträgt und eine Säureschichtung vorliegt. Für elektronische Schnelltester ist dieses Fehlerbild schwer erkennbar. Diese weisen eine hohe Spannung bei etwas geringerem Kaltstart aus. Bei Batterien mit verschweißtem Deckel kann die Säuredichte nicht gemessen werden. Ein Belastungstest weist hier eine geringe Kapazität aus. Auswirkung von Säureschichtung. Nach einer Stehzeit von 2-3 Wochen kommt es jedoch zu einer natürlichen Durchmischung des Elektrolyten und es stellt sich eine Säuredichte von z.B. 1,25 kg/l ein, was einer Spannung von 12,54V entspricht (Schritt 5). Dadurch schließt man oft fälschlicherweise auf eine starke Selbstentladung. Eine Säureschichtung täuscht eine Vollladung vor, die in weiterer Folge im Fahrzeug zu Startproblemen führen kann.
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Ursache Batterietechnologie. Vollcalciumbatterien benötigen nach einer Tiefentladung aufgrund des Ladeverhaltens eine höhere Ladespannung. Um das Entstehen von Gasung zu ermöglichen, sind aufgrund der erhöhten Gasungsspannung höhere Ladespannungen erforderlich. Bei herkömmlicher Ladebilanz genügt natürlich die im Fahrzeug übliche Ladespannung. Spezielle Ladeprogramme bieten Abhilfe. Geschichtete Batterien können sofern noch keine Masseschädigung vorliegt, in den meisten Fällen wieder in den vollen Ladezustand gebracht werden. Wichtig ist hier eine Ladespannung von 16V über einen Zeitraum von 24h. Der Ladestrom soll dabei zumindest 1/10 der Nennkapazität betragen (z.B. 10A bei einer 100Ah Batterie). Durch die erhöhte Ladespannung entsteht ein Mindestmaß an Gasentwicklung. Die entstehenden aufsteigenden Gasblasen durchmischen den Elektrolyten und verringern somit die Tendenz einer möglichen Säureschichtung. Empfohlene Ladegeräte. Banner führt in seinem Zubehör-Programm Ladegeräte, mit denen geschichtete tiefentladene Vollcalciumbatterien geladen werden können. Mit dem Keepower XL-pro, Accucharger Prof. 35A und dem Banner Profilader stehen gleich 3 Geräte zur Auswahl. Die technischen Beschreibungen der einzelnen Geräte finden Sie auf der Banner Website zum download: http://www.bannerbatterien.com/banner/ produkte/batterien/zubehoer/index.php