VRLA-Batterien: Ein Überblick
Die VRLA-Batterie (Valve-Regulated Lead-Acid), auch als ventilregulierte Blei-Säure-Batterie bekannt, stellt eine moderne Form der Bleiakkumulatoren dar. Diese Batterien sind durch ein Ventil reguliert oder versiegelt, wobei der Elektrolyt in einem absorbierenden Separator oder in einem Gel immobilisiert ist. Ein charakteristisches Merkmal der VRLA-Batterien sind Gummiplugs, die jede Zelle versiegeln und bei übermäßiger Gasbildung öffnen, um den internen Druck abzulassen. Dies gewährleistet eine regulierte Gasabgabe und erhöht die Sicherheit.
Die VRLA-Batterie zeichnet sich durch eine sehr niedrige interne Impedanz aus, kann hohe Leistung liefern und hat eine vergleichsweise lange Lebensdauer. Auch bei tiefen Entladungen bieten VRLA-Batterien eine Entladetiefe von 80 % im Vergleich zu gefluteten Batterien, die bei 50 % DoD spezifiziert sind, um die gleiche Zykluslebensdauer zu erreichen. Zudem ist das VRLA-Design leichter als das der gefluteten Blei-Säure-Batterien, hat eine geringe Selbstentladung und kann bis zu fünfmal schneller geladen werden, allerdings bei einer relativ niedrigen Energiedichte.
Arten von VRLA-Batterien
Es gibt zwei Haupttypen von VRLA-Batterien:
- Absorbent Glass Mat (AGM): AGM-Blei-Säure-Batterien verfügen über kleine Gaskanäle im Elektrolyt und eine Glasfasermatte zwischen den Batterieplatten, die den Elektrolyt enthält und die Platten trennt. Der Sauerstoff, der an der positiven Elektrode während des Überladens oder Float-Ladens erzeugt wird, kann zur negativen Elektrode transportiert und wiederverwendet werden. Dieser Vorgang des Recyclings wird als geschlossener Sauerstoffkreislauf (COC) bezeichnet, der den Wasserverlust erheblich reduzieren kann, da das für Nebenreaktionen während des Ladens verbrauchte Wasser durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff regeneriert werden kann. Dies macht AGM-Batterien wartungsfrei und widerstandsfähiger gegen Selbstentladung bei unterschiedlichen Temperaturen.
- Gelzelle (Gelbatterie): Moderne Gelbatterien sind VRLA-Batterien mit einem gelierten Elektrolyt. Sie reduzieren die Elektrolytverdunstung und das Auslaufen (und die damit verbundenen Korrosionsprobleme), die bei der Nasszelle häufig sind, und bieten eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Schock und Vibration. Chemisch sind sie fast identisch mit nassen (nicht versiegelten) Batterien, außer dass das Antimon in den Bleiplatten durch Kalzium ersetzt wird und eine Gasrekombination stattfinden kann. Die Schwefelsäure wird mit gefälltem Silica gemischt, wodurch die resultierende Masse gelartig und unbeweglich wird.
Chemie der Blei-Säure-Batterien
Das Funktionsprinzip der Blei-Säure-Batterie lässt sich durch die chemischen Prozesse illustrieren, die während des Ladens und Entladens stattfinden. Bei der Entladung findet an der Anode der Prozess \(\text{Pb} + \text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{PbSO}_4 + 2\text{e}^{-}\) statt. Blei wird mit dem Elektrolyt zu Bleisulfat oxidiert
