Zasada działania akumulatora kwasowo ołowiowego

Proces zamiany energii elektrycznej na chemiczną nazywany jest ładowaniem baterii. Podczas rozładowania baterii, następuje z kolei zamiana energii chemicznej na elektryczną. Całość tego procesu można opisać za pomocą następujących reakcji:

Materiałami aktywnymi (biorącymi udział w powyższej reakcji) używanymi do produkcji baterii kwasowo ołowiowych są:

• dwutlenek ołowiu PbO₂
• ołów w formie tzw. gąbczastej (ang: sponge lead) Pb
• rozcieńczony kwas siarkowy H₂SO₄

Elektroda dodatnia (katoda) jest wykonana z dwutlenku ołowiu , elektrodę ujemną stanowi ołów. Elektrolit to wodny roztwór kwasu siarkowego w proporcjach 3 części wody na 1 część kwasu (około 1,25-1,28 g/cm3, w zależności od typu baterii).

Pojemność [Ah] = I (natężenie prądu rozładowania) [A] x T (czas rozładowania) [h]

lub (po uwzględnieniu dynamiki zmian powyższych parametrów):

Np:

• natężenie = 100 A
• czas = 5 h
• pojemność = 100 x 5 = 500 Ah i jest oznaczano jako C5

Pojemność jest uzależniona od prądu rozładowania.

Zależność ta jest opisana tzw prawem Peukerta i w skrócie brzmi następująco: pojemność baterii spada wraz ze wzrostem prądu rozładowania. Dla przykładu bateria o pojemności C5 = 500 Ah będzie pracowała z wydatkiem prądowym 100 A przez 5h, z wydatkiem 150 A przez 2h 40 min a z wydatkiem 200 A już tylko 1h 45 min.

Pojemność zmienia się w zależności od temperatury

Pojemności akumulatorów trakcyjnych podawane są dla temperatury 30 ºC, będącej średnią temperaturą elektrolitu podczas pracy baterii. Wraz ze wzrostem temperatury zauważyć można wzrost pojemności i w efekcie dłuższy czas pracy pomiędzy ładowaniami. Sytuacja odwrotna nastąpi natomiast w przypadku pracy w niższych temperaturach. Średnio zmiana pojemności wynosi około 0,75% / 1ºC dla punktu odniesienia 30 ºC . Ma to szczególne zastosowanie np przy urządzeniach transportu wewnętrznego pracujących w chłodniach. Należy dla nich dobierać większe pojemności akumulatorów niż wynikałoby to wyłącznie z wymaganego czasu pracy urządzenia pomiędzy ładowaniami.

• Pojemność baterii ołowiowo kwasowej zależy od stężenia elektrolitu
• Przemiany chemiczne substancji aktywnych w ujęciu ilościowym przedstawiają się następująco:
• Wytworzenie 1 Ah wymaga przemiany 4,46 g PbO₂, 3,86 g Pb, 3,66 g H₂SO₄.

Oznacza to że utrata któregokolwiek ze składników będąca efektem np. wykruszania się materiału aktywnego z płyt czy też przelewania baterii podczas uzupełniania wody prowadzić będzie do utraty jej pojemności.