Ten artykuł porządkuje podstawowe różnice pomiędzy akumulatorami żelowymi, AGM i klasycznymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi. Parametry konkretnego modelu, profil ładowania, temperatura pracy i dopuszczalna głębokość rozładowania powinny być zawsze sprawdzone w dokumentacji producenta. W artykule omówione zostały następujące zagadnienia:
• Związek pomiędzy akumulatorami żelowymi, AGM i kwasowo-ołowiowymi
• Zalety i wady każdego typu akumulatora
• Jak ładować akumulatory żelowe
• Odpowiedzi na często zadawane pytania na temat każdego z akumulatorów
Zaczynajmy!
Spis treści
• Akumulatory kwasowo-ołowiowe, żelowe i AGM- jakie są pomiędzy nimi różnice?
• Czym są akumulatory z ciekłym elektrolitem
• Czym jest akumulator żelowy
• Czym są akumulatory AGM
Akumulatory kwasowo-ołowiowe, żelowe i AGM- jakie są pomiędzy nimi różnice?
Akumulatory kwasowo-ołowiowe są najbardziej popularne na rynku. Jednakże, istnieje kilka wariantów akumulatorów kwasowo-ołowiowych, takich jak:
1. Klasyczne z ciekłym elektrolitem
2. Szczelne. Stosuje się również nazwy VRLA (Valve Regulated Lead-Acid), czyli kwasowo-ołowiowe regulowane zaworami lub SLA (Sealed Lead-Acid)- szczelne kwasowo-ołowiowe. Nazywa się je również akumulatorami bezobsługowymi.
Zazwyczaj, kiedy ktoś mówi o akumulatorach kwasowo-ołowiowych, ma na myśli klasyczne akumulatory z ciekłym elektrolitem. Akumulatory AGM są natomiast akumulatorami szczelnymi.
A więc czy akumulatory żelowe są kwasowo-ołowiowe? I czy akumulatory AGM są kwasowo-ołowiowe?
Odpowiedź na obydwa te pytania brzmi tak. Podsumowując, akumulatory AGM, żelowe i z ciekłym elektrolitem są różnymi rodzajami akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
W znacznej części skład i zasada działania elektrochemicznego tych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest bardzo podobna. Istnieją jednak między nimi znaczące różnice, które omówimy w dalszej części artykułu.
Jaka jest różnica pomiędzy akumulatorami z ciekłym elektrolitem i akumulatorami szczelnymi?
Najbardziej znaczącą różnicę pomiędzy akumulatorami z ciekłym elektrolitem i szczelnymi stanowi elektrolit. Akumulatory z ciekłym elektrolitem, jak sama nazwa wskazuje, wypełnione są płynnym roztworem elektrolitu.
Akumulatory szczelne zawierają natomiast elektrolit stały. Akumulatory AGM są wypełnione chłonną matą z włókna szklanego.
Akumulatory żelowe są z kolei wypełnione krzemionką w celu koagulacji elektrolitu.
Poza tym, akumulatory szczelne są praktycznie całkowicie odporne na rozlewanie i przeciekanie. W wyniku tego mogą być używane bez żadnych obaw w każdej pozycji czy orientacji przestrzennej. Akumulatory z ciekłym elektrolitem nie są szczelne, z tego powodu są podatne na przeciekanie czy rozlewanie. Co więcej, wymagają regularnego dolewania wody. W przeciwieństwie do akumulatorów z ciekłym elektrolitem, akumulatory szczelne nie wymagają dolewania wody, a to czyni je w większości bezobsługowymi.
Czym są akumulatory z ciekłym elektrolitem?
Wynalezione w 1860 roku, akumulatory kwasowo-ołowiowe z ciekłym elektrolitem są najpopularniejszymi i najczęściej stosowanymi ze wszystkich akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Akumulatory z ciekłym elektrolitem są zbudowane z naprzemiennie ułożonych płytek ołowiowych i płytek zbudowanych z tlenku ołowiu wraz z płynnym elektrolitem (kwas siarkowy i woda). Zachodzi proces elektrochemiczny w przebiegu którego te składniki reagują ze sobą i wytwarzają energię.
Jak działają akumulatory z ciekłym elektrolitem?
Po pierwsze, są nazywane „akumulatorami z ciekłym elektrolitem”, ponieważ elektrolit może ruszać się wewnątrz ogniwa. Co to oznacza? W ogniwie płytki ołowiowe są zanurzone w roztworze elektrolitu.
Kiedy prąd elektryczny przepływa przez akumulator, elektrolit wchodzi w reakcję z płytkami ołowiowymi. Płytki są wówczas przekształcane w siarczan ołowiu. To właśnie w wyniku tej reakcji energia chemiczna jest konwertowana do energii elektrycznej. Jednak proces ten zostaje odwrócony w momencie, gdy akumulator jest ładowany. Ładowanie powoduje rozkład siarczanu ołowiu do czystego kwasu siarkowego i ołowiu. Ponadto woda z elektrolitu również ulega rozkładowi i uwalnia się gazowy wodór. Aby uniknąć nagromadzenia gazowego wodoru (a w konsekwencji zapobiec eksplozji akumulatora) akumulatory z ciekłym elektrolitem posiadają w swojej budowie zawór służący do odprowadzenia gazu i zmniejszenia ciśnienia.
Ten proces prowadzi jednak do utraty wody. Dzieje się tak, ponieważ wodór nie ma okazji do ponownej reakcji z tlenem i ponownego przekształcenia się w składnik roztworu elektrolitu w postaci wody. To stwarza potrzebę regularnego dolewania wody do akumulatora. Z tego powodu, pomimo że akumulatory z ciekłym elektrolitem są najtańsze, wymagają regularnej obsługi. Użytkownik musi uzyskać dostęp do pojedynczych celi i dopełnić je używając wody destylowanej w momencie, kiedy akumulator wyschnie.
Zalety akumulatorów z ciekłym elektrolitem
✔ Szeroko dostępne
✔ Stosunkowo tanie
✔ Dostępne w różnych rozmiarach i pojemnościach
✔ Zapewniają wysoką wydajność głębokiego rozładowania
Wady akumulatorów z ciekłym elektrolitem
-Wymagają regularnego dolewania wody i ścisłej obsługi
-Wymagają ładowania w przeznaczonych do tego, wentylowanych pomieszczeniach
-Podatne na uszkodzenia i korozje spowodowane przez rozlewanie i przecieki
-Wymagają stosowania środków ochrony indywidualnej podczas posługiwania się nimi
-Powodują ulatnianie się znacznych ilości łatwopalnego wodoru gazowego
-Łatwo ulegają uszkodzeniu w przypadku przeładowania
-Są podatne na częste występowanie samorozładowania
-Są uznawane za materiał stwarzający zagrożenie podczas transportu
Do czego używane są akumulatory z ciekłym elektrolitem?
Akumulatory z ciekłym elektrolitem o dużych rozmiarach są często wykorzystywane w urządzeniach przemysłowych, takich jak wózki widłowe. Dodatkowo, są popularnym rozwiązaniem w samochodach, energii słonecznej oraz zasilaczach awaryjnych- UPS.
Czym jest akumulator żelowy?
Akumulator żelowy to bezobsługowy, regulowany zaworami, szczelny akumulator kwasowo-ołowiowy. Technologia ta została wymyślona już w latach 30-stych XX wieku, ale nie została dopracowana i spopularyzowana aż do lat 80-tych.
Jak działają akumulatory żelowe?
Jak sama nazwa wskazuje, ogniwa akumulatorów żelowych są wypełnione nieruchomym i bardzo lepkim elektrolitem. Ten galaretowaty elektrolit jest złożony z krzemionki i kwasu siarkowego. Taki żel jest podobny do żelu silikonowego pod względem wyglądu oraz składu i jest używany jako czynnik zagęszczający.
Żel w akumulatorach żelowych składa się z krzemionki i kwasu siarkowego
To pomaga wzmocnić wewnętrzną strukturalną integralność akumulatora żelowego. Przytrzymuje on płytki ołowiowe i materiał aktywny w odpowiednim położeniu. Jak? Żel „przykleja się” do płytek ołowiowych łącząc elektrolit z płytkami w jedną całość. Szczelne akumulatory żelowe są również akumulatorami rekombinowanymi. To oznacza, że płytka ujemna pochłania tlen wytwarzany przez płytkę dodatnią podczas rozładowania, dzięki szczelności i zaworom regulującym ciśnienie. Zamiast produkcji i uwalniania gazowego wodoru, płytka ujemna wytwarza wodę.
Akumulatory żelowe nie tracą wody, więc wymagają mniejszej obsługi
To zapobiega utracie wody i umożliwia zachowanie zawartości wody w akumulatorze na odpowiednim poziomie. Z tego powodu, konieczność obsługi akumulatorów żelowych praktycznie nie istnieje.
Zalety akumulatorów żelowych
✔ Bezobsługowe, brak potrzeby regularnego dolewania wody
✔ Odporne na wylewanie i przeciekanie
✔ Mogą być zamontowane w każdym położeniu
✔ Oferują większą odporność na szeroki zakres temperatur, zarówno tych niskich jaki i wysokich
✔ Lepiej znoszą wstrząsy i wibracje
✔ Sklasyfikowane jako materiały niestwarzające zagrożenia w transporcie
✔ Oferują bardzo niskie współczynniki samorozładowania
✔ Brak wydzielania gazu, co sprawia, że można je bezpiecznie zainstalować w miejscach niewentylowanych
✔ Nie ulegają korozji
✔ Oferują wysoką wydajność głębokiego rozładowania
✔ Mogą być zainstalowane lub używane w sąsiedztwie wrażliwych urządzeń elektronicznych
Wady akumulatorów żelowych
-Droższe niż akumulatory kwasowo-ołowiowe z ciekłym elektrolitem
-Wrażliwe na przeładowanie. Wymagają zastosowania specjalnych ładowarek SMART i regulatorów
Do czego używane są akumulatory żelowe?
Akumulatory żelowe są stosowane w urządzeniach wymagających małej mocy, takich jak:
• Elektryczne urządzenia do mycia i zamiatania podłóg
• Wózki ręczne paletowe
• Wózki inwalidzkie
• Kampery
• Samochody
• Łodzie
• Telefony komórkowe
Jak długo akumulator żelowy może być sprawny?
Odpowiedź na to pytanie zależy od tego:
• W jaki sposób jest ładowany
• Jak jest użytkowany
• Temperatury pracy akumulatora
• Pojemości ładowania
Jeśli naładujesz standardowy, 12-woltowy akumulator żelowy do 90% pojemności ładowania i pozostawisz go nieużywanego w takim stopniu naładowania, wytrzyma około 6 lat, w tym czasie zachowując do 80% swojej oryginalnej pojemności. Jaka jest zatem oczekiwana długość życia akumulatora żelowego? Akumulatory żelowe mogą pozostać sprawne nawet do 20 lat, przechodząc około 5500 cykli ładowania.
Akumulatory żelowe mogą zachować sprawność nawet 4 razy dłużej niż akumulatory z ciekłym elektrolitem
W porównaniu do akumulatorów z ciekłym elektrolitem, które przestają działać po 1000-1500 cyklach ładowania (3 do 5 lat), jest to duża różnica. Różnica ta wynika z tego, że, akumulatory żelowe są odporne na zasiarczenie i są bezobsługowe.
Ładowanie akumulatorów żelowych: najważniejsze zasady
Ładowanie akumulatora żelowego wymaga profilu zgodnego z dokumentacją konkretnego modelu. Trzeba sprawdzić napięcie absorpcji i podtrzymania, dopuszczalny prąd, kompensację temperatury oraz to, czy ładowarka albo regulator ma tryb przewidziany dla akumulatorów żelowych. Nieprawidłowe ustawienia mogą skrócić żywotność lub uszkodzić akumulator.
Akumulatory żelowe powinny być ładowane ostrożnie, aby uniknąć uszkadzających je skoków napięcia
Te wyspecjalizowane ładowarki posiadają specjalne ustawienia, które zapobiegają skokom. Po drugie, gdy ładuje się akumulator żelowy, należy poświęcić na to nieco więcej czasu. To dlatego, że akumulatory żelowe wymagają powolnych, stałonapięciowych cykli ładowania. Ładowanie akumulatora przy zastosowaniu nieprawidłowego napięcia może spowodować jego uszkodzenie, całkowicie go zepsuć lub skrócić jego żywotność. Po trzecie, powinno się cały czas monitorować proces ładowania i w momencie, gdy proces ładowania zostanie zakończony natychmiast odłączyć ładowarkę. Jeśliby się tego nie zrobiło, mogłyby się wytworzyć ubytki w elektrolicie, a to może spowodować nieodwracalne uszkodzenie akumulatora.
Czy można ładować akumulatory żelowe typową ładowarką?
Tak, można. Jednak ładowanie akumulatorów żelowych ładowarką przeznaczoną do akumulatorów kwasowo-ołowiowych z płynnym elektrolitem jest ryzykowne. Dlaczego? Akumulatory żelowe lubią być ładowane powoli i z użyciem niskiego napięcia.
Do ładowania akumulatora żelowego należy używać ładowarki lub regulatora z profilem dopuszczonym dla danego modelu akumulatora
Nie należy zakładać, że każda ładowarka do akumulatorów kwasowo-ołowiowych będzie właściwa dla akumulatora żelowego. Napięcie absorpcji, napięcie podtrzymania, kompensacja temperatury, limit prądu i tryb wyrównywania muszą być zgodne z dokumentacją producenta akumulatora i ładowarki. Nieprawidłowy profil ładowania może doprowadzić do przegrzania, gazowania, wysychania elektrolitu lub skrócenia żywotności.
Jak bezpiecznie podejść do ładowania akumulatora żelowego?
1. Sprawdź kartę produktu akumulatora i ładowarki albo regulatora.
2. Ustaw typ akumulatora, napięcia, limit prądu i kompensację temperatury zgodnie z dokumentacją producenta.
3. Nie używaj trybów wyrównywania, odsiarczania ani szybkiego ładowania, jeżeli producent akumulatora ich nie dopuszcza.
4. Kontroluj temperaturę, wentylację, polaryzację przewodów i stan akumulatora podczas ładowania.
5. W instalacjach solarnych sprawdź również ustawienia regulatora PV oraz dopuszczalne prądy ładowania i rozładowania.
Czym są akumulatory AGM?
AGM (ang. Absorbent Glass Mat) jest rodzajem szczelnego akumulatora kwasowo-ołowiowego. Akumulatory AGM zostały wynalezione w późnych latach 70-tych w celu wykorzystania ich w samolotach wojskowych, sygnalizacji świetlnej, systemach telekomunikacyjnych i innych urządzeniach. Jednak nie weszły do użytku komercyjnego do połowy lat 80-tych.
Jak działają akumulatory AGM?
Po pierwsze, skład akumulatora AGM wygląda w taki sposób:
• Maty z włókna szklanego
• Płytki ołowiowe
• Elektrolit
• Zawór kontrolujący ciśnienie
Maty z włókna szklanego, umieszczone pomiędzy płytkami ołowiowymi, pochłaniają i unieruchamiają elektrolit. Maty szklane pełnią również funkcje separatorów i izolatorów pomiędzy płytkami o ładunku dodatnim, a płytkami o ładunku ujemnym. Taka budowa sprawia, że akumulatory AGM są odporne na rozlewanie.
Akumulatory AGM- tak jak akumulatory żelowe- są szczelne i odporne na rozlewanie
Tak samo jak akumulatory żelowe, akumulatory AGM są rekombinowane. Co to znaczy? Zawór bezpieczeństwa uwalniający ciśnienie zapobiega wydzielaniu gazowego wodoru i tlenu. Zamiast tego, mogą one ulegać ponownej reakcji syntezy podczas ładowania. To umożliwia zapobieżenie wyparowaniu wody z ogniw. Ponadto, maty szklane zawinięte wokół dodatniego ogniwa akumulatora pomagają chronić akumulator przed uszkodzeniami wywołanymi wibracjami i uderzeniami.
Maty szklane w akumulatorach AGM chronią je przed wibracjami
To również pomaga zwiększyć długość cykli. Dodatkowo, akumulatory AGM mają mniejszy opór wewnętrzny. Ten mniejszy opór redukuje utraty ciepła w czasie, gdy energia przepływa przez system. Z tego powodu akumulatory AGM mają wyższe napięcie wyjściowe i krótszy czas ładowania.
Zalety akumulatorów AGM
✔ Szczelne, umożliwiają ponowne łączenie się gazów i eliminują potrzebę dolewania wody
✔ Bezobsługowe
✔ Konstrukcja odporna na rozlewanie i przeciekanie. Nie tworzy się bałagan podczas ładowania i nie ma ryzyka korozji
✔ Odporne na uderzenia i zapewniają większą odporność na wibracje, co redukuje liczbę awarii akumulatora
✔ Najlepsza wydajność w niskich temperaturach
✔ Dobrze sprawdzają się w instalacjach wysokonapięciowych
✔ Nie są sklasyfikowane jako materiał stwarzający zagrożenie
✔ Nie wymagają wentylacji
✔ Elastyczność w montażu, możliwość montażu w każdej pozycji i położeniu
Wady akumulatorów AGM
-Większe koszty początkowe niż akumulatory z płynnym elektrolitem
-Wydajność spada w wyższych temperaturach. Większość producentów akumulatorów AGM zaleca zatrzymanie ładowania po przekroczeniu 49°C
-Wrażliwe na przeładowanie
Do czego używane są akumulatory AGM?
Akumulatory AGM mogą być stosowane w większości tych urządzeń, w których mogą być używane akumulatory żelowe. Najbardziej popularne zastosowania obejmują:
• Samochody
• Łodzie
• Skutery
• Motocykle
• Quady
• Energię solarną
Czy wszystkie akumulatory AGM są akumulatorami głębokiego cyklu?
Nie każdy akumulator AGM jest akumulatorem głębokiego cyklu. Trzeba sprawdzić kartę produktu, dopuszczalną głębokość rozładowania, prąd ładowania i rozładowania, liczbę cykli oraz zalecany profil pracy.
Akumulatory AGM przeznaczone do głębszej pracy cyklicznej mogą w niektórych zastosowaniach wypadać korzystniej niż klasyczne akumulatory z ciekłym elektrolitem, ale nie ma jednej stałej wartości DoD ani jednej stałej szybkości ładowania dla całej technologii.
Dopuszczalna głębokość rozładowania, tempo ładowania i liczba cykli zależą od konstrukcji akumulatora, temperatury, prądu, regulatora lub ładowarki oraz limitów podanych przez producenta.
Czy akumulatory AGM mają większą żywotność?
Żywotność akumulatora AGM może być dłuższa niż klasycznego akumulatora z ciekłym elektrolitem w części zastosowań, ale nie należy traktować jej jako stałej liczby lat. Wpływają na nią między innymi:
• głębokość rozładowania
• prąd ładowania i rozładowania
• temperatura pracy
• profil ładowania i czas pozostawania w stanie pełnego lub niskiego naładowania
• wymagania producenta konkretnego modelu
Nieprawidłowa eksploatacja zwykle przyspiesza utratę pojemności i może skrócić czas użytkowania akumulatora.
Kiedy wybrać akumulator AGM, żelowy albo z ciekłym elektrolitem?
Nie ma jednego typu akumulatora, który byłby najlepszy w każdym zastosowaniu. Akumulatory AGM mogą być korzystne przy większych prądach i pracy buforowej, akumulatory żelowe przy wybranych cyklach pracy, a klasyczne akumulatory z ciekłym elektrolitem bywają wybierane ze względu na koszt i możliwość obsługi serwisowej.
Porównanie czasu pracy i kosztu ma sens dopiero po sprawdzeniu pojemności użytecznej, DoD, liczby cykli, temperatury i wymagań ładowania konkretnego modelu.
Jednakże, są one porównywalne z akumulatorami żelowymi. Pomimo różnic w ich składzie, oba typy akumulatorów oferują korzyści takie jak:
✔ Większa pojemność ładowania
✔ Odporność na przecieki i rozlewanie
✔ Lepsza objętość elektrolitu
✔ Większa żywotność
✔ Brak wymagań co do obsługi
Biorąc to wszystko pod uwagę, podczas wyboru pomiędzy akumulatorem AGM a żelowym powinno się wziąć pod uwagę budżet, potrzeby i zastanowić się, co najlepiej się sprawdzi w danym przypadku.
Wnioski
To podstawowy przegląd różnic pomiędzy akumulatorami kwasowo-ołowiowymi żelowymi, AGM i z płynnym elektrolitem. Teraz my chcielibyśmy dowiedzieć się czegoś od Ciebie. Który akumulator wolisz? Daj nam znać!
