Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Pokročilé technologie olověných akumulátorů – gel a AGM

Battery University, překlad: Petra Šrubařová

I přes rostoucí oblibu lithiových baterií jsou olověné akumulátory stále ve hře. Bodují příznivou cenou a s jejich používáním jsou dlouholeté zkušenosti. Jak se liší gelový akumulátor a akumulátor s vázaným elektrolytem?

Gelové akumulátory

První gelovitý typ olověného akumulátoru vyvinutý v 50. letech 20. století německou firmou Sonnenschein se stal populární v 70. letech. Smísením kyseliny sírové se silikagelem se kapalný elektrolyt přemění v polotuhou pastu a vzniklý gel je bezúdržbový. Baterie typu AGM, které se objevily počátkem 80. let, nabízejí podobné chování jako ty gelové, ale disponují mírně odlišnými vlastnostmi, proto se každý z těchto dvou systémů hodí pro určité využití. Gelové akumulátory se obvykle používají pro velké i malé záložní zdroje (UPS), zatímco baterie typu AGM si vybojovaly místo na trhu v oblasti startovacích a trakčních baterií. Gelové i AGM baterie patří do skupiny ventilem řízených olověných akumulátorů (VRLA), které jsou na rozdíl od tradičních olověných akumulátorů se zaplavenými elektrodami bezúdržbové.

Gelový akumulátor obvykle vydrží déle než baterie typu AGM. Jedním z důvodů je lepší přenos tepla do okolí (gelový separátor teplo vede, zatímco skelná rohož baterie AGM působí jako izolant). Další výhodou gelu je zaoblená křivka výkonové charakteristiky, která baterii umožňuje setrvat v oblasti vysokého výkonu po většinu své životnosti, až ke konci životnosti dojde k náhlému poklesu; na rozdíl od baterie typu AGM, jejíž výkon klesá postupně.

Gel je oblíbený také proto, že dobře funguje při vysokých teplotách okolního prostředí, je méně náchylný k sulfataci než jiné systémy, ale vyžaduje správné nabíjecí a plovoucí napětí. Naopak baterie typu AGM je lepší při nízkých teplotách, díky nízkému vnitřnímu odporu lépe dodává proud. Počet cyklů by měl být u gelových akumulátorů vyšší než u baterií AGM, tajemství spočívá v tom, že gelový akumulátor obsahuje díky svému návrhu více kyseliny. Z důvodu vysokého vnitřního odporu se gelové akumulátory nepoužívají pro vysokoproudá zařízení.

Jedním z klíčů k sestavení dobrého gelového akumulátoru je konstrukce ventilu. Malé a ekonomické gelové akumulátory používají ventil sestávající z kaučuku EPDM (EPDM je zkratkou pro etylen-propylen-dien-monomer). Vysoce kvalitní velké gelové baterie pro použití při vysokých i nízkých teplotách používají propracovanější řešení ventilu, aby bylo dosaženo lepšího zadržování vlhkosti.

Z hlediska vhodnosti a nákladů je olověný akumulátor se zaplavenými elektrodami nejtrvanlivější při použití v pohotovostním provozu, ale je také nejdražší a vyžaduje údržbu v podobě doplňování vody. Gelový typ je levnější než zaplavený a je upřednostňovaný pro záložní zdroje hromadných sdělovacích prostředků. AGM baterie vychází levněji a snese vyšší zatížení než gelový akumulátor. Oba systémy mají slibnou budoucnost a budou nadále využívány pro pohotovostní použití, kde jen omezeně dochází k hlubokému vybití. Tabulka 1 shrnuje výhody a nevýhody gelového akumulátoru oproti jiným systémům olověných akumulátorů.

Výhody	Bezúdržbový; lze instalovat šikmo; pomalé samovybíjení
	Díky své schopnosti přenášet teplo do okolí vydrží dlouho
	Výkon zůstává vysoký až do konce životnosti, pak prudce klesá
	Sloučením kyslíku a vodíku vyrábí vodu
	Bezpečná obsluha, snáší nesprávné používání bez následků; vysychá méně než typ AGM
	Vysoký počet cyklů, odolný vůči nesprávnému použití a teplu
	Je k dispozici rozsáhlá nabídka velikostí akumulátoru
Omezení	Vyšší výrobní náklady než u baterie typu AGM, ale je levnější než akumulátor se zaplavenými elektrodami
	Citlivý na přebití (ale AGM je ještě citlivější)
	Měrná hustota energie a zátěžový proud dosahují nepříliš vysokých hodnot
	Dochází k uvolňování plynů, takže je nutná ventilace
	Musí být skladován v nabitém stavu (ale není to tak kritické jako v případě akumulátoru se zaplavenými elektrodami)

Tabulka 1: Výhody a omezení gelového akumulátoru.

Akumulátory s vázaným elektrolytem

Technologie AGM (= zkratka pro absorbent glass mat) se stala populární počátkem 80. let ve formě bezúdržbového akumulátoru pro vojenské letectvo, vozidla a záložní zdroje (UPS). Tyto akumulátory měly nižší hmotnost a lepší spolehlivost. Kyselina sírová je vsáklá do velmi jemné skelné rohože, díky čemuž nehrozí únik elektrolytu. Tím je umožněna přeprava bez omezení pro nebezpečné materiály. Elektrody mohou být ploché, aby se podobaly standardnímu olověnému akumulátoru se zaplavenými elektrodami v obalu obdélníkového tvaru; mohou být ale rovněž smotány do článku válcového tvaru.

Typ AGM má velmi nízký vnitřní odpor, v případě potřeby je schopen dodat velký proud a nabízí relativně dlouhou životnost, a to i v případě opakovaného hlubokého vybití. Akumulátor typu AGM je bezúdržbový, poskytuje dobrou spolehlivost z hlediska svých elektrických vlastností a je lehčí než olověný akumulátor se zaplavenými elektrodami. Zatímco běžné olověné akumulátory vyžadují úplné nabití každých šest měsíců kvůli prevenci sulfatace, baterie typu AGM jsou méně náchylné k sulfataci a mohou být delší dobu uskladněny bez nutnosti nabití. Tato baterie dobře obstojí při nízkých teplotách a její samovybíjení je pomalé.

Hlavními výhodami akumulátoru s vázaným elektrolytem je rychlost nabíjení, které je až 5-krát rychlejší než u typu se zaplavenými elektrodami, a schopnost opakovaného hlubokého vybití. Akumulátor typu AGM lze vybít z 80%, zatímco u akumulátoru se zaplavenými elektrodami je pro dosažení stejné životnosti doporučeno vybití pouze z 50%. Nevýhodou je nepatrně nižší měrná hustota energie a vyšší výrobní náklady než u akumulátoru se zaplavenými elektrodami.

Většina baterií typu AGM je střední velikosti v rozmezí 30 až 100 Ah. Můžeme je najít také u záložních zdrojů, velké a malé pro stacionární a trakční použití. Často jsou sestaveny na míru a najdeme je v luxusních autech, kde kromě motoru dodávají energii energeticky náročným doplňkům, jako je vyhřívání sedadel, volantu, zrcátek a čelního skla. NASCAR a jiné automobilové soutěže volí výrobky s AGM, protože jsou odolné proti vibracím.

Baterie typu AGM se také obvykle používají u motorek. Díky hermetickému uzavření se snižuje riziko úniku kyseliny v případě nehody, snižuje se hmotnost při zachování výkonu a je možné umístit baterii i v nakloněné poloze. Díky dobrým vlastnostem při nízkých teplotách se baterie typu AGM používají také u motorových člunů, v obytných autech a u robotických strojů.

Baterie AGM začíná zasahovat také do funkce start-stop. Klasický typ se zaplavenými elektrodami jednoduše není dostatečně odolný a opakované vybíjení/nabíjení způsobuje prudký pokles kapacity po pouhých dvou letech užívání.

Stejně jako ostatní gelové a zapouzdřené jednotky jsou i baterie typu AGM citlivé na přebití. Nabíjení při 2,4 V na článek (a vyšší) je v pořádku; nicméně plovoucí napětí by mělo být omezeno na 2,25 až 2,30 V na článek (letní teploty mohou vyžadovat nižší napětí). Automobilové nabíjecí systémy pro olověné akumulátory se zaplavenými elektrodami mají obvykle plovoucí napětí pevně nastavené na 14,4 V (2,4 V na článek); přímá výměna za bezúdržbovou jednotku by mohla při dlouhé jízdě způsobit přebití baterie.

Baterie typu AGM i ostatní bezúdržbové akumulátory nemají rády teplo a neměly by být umístěny v blízkosti motoru a jeho součástí. Výrobci doporučují zastavit nabíjení, když jádro baterie dosáhne teploty 49°C. Tabulka 2 uvádí výhody a omezení akumulátoru s vázaným elektrolytem (AGM).

Výhody	Odolný proti vytečení díky vsáknutí elektrolytu do speciální rohože
	Vysoký měrný výkon, nízký vnitřní odpor, reaguje na zatížení
	Nabíjení je až 5-krát rychlejší než u typu se zaplavenými elektrodami
	Lepší životnost než u akumulátoru se zaplavenými elektrodami
	Zadržování vody (reakcí kyslíku a vodíku vznikne voda)
	Odolnost proti vibracím díky zdvojené konstrukci
	Dosahuje dobrých vlastností při nízkých teplotách
	Menší sklon k sulfataci, když není baterie pravidelně nabíjena naplno
	Obsahuje méně elektrolytu a olova než typ se zaplavenými elektrodami
Omezení	Vyšší výrobní náklady než u typu se zaplavenými elektrodami (ale je levnější než gelový akumulátor)
	Citlivý na přebití (gel má menší toleranci než typ AGM)
	Kapacita postupně klesá (u gelového typu je pokles prudký a náhlý)
	Nízká měrná hustota energie
	Musí se skladovat v nabitém stavu (ale pokud není plně nabitý, netrpí tím tolik jako typ se zaplavenými elektrodami)