Bleiakkumulatoren
| Bleiakkumulatoren |
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 | GrundlagenFür Bleiakkus (umgangssprachlich auch Bleibatterie oder im Zusammenhang mit Autos Starterbatterie oder Autobatterie) gelten die gleichen Grundlagen wie für alle Akkumulatoren. Sofern Sie mit dem grundsätzlichen Aufbau und der Wirkungsweise von Akkus nicht vertraut sind, sei Ihnen die Lektüre der Seite Akkumulatoren Aufbau von Akkus Fachbegriffen AkkutypenAllgemeines / AufbauDer  Bleiakkumulator gehört zur Standardausrüstung eines jeden Autos mit Verbrennungsmotor. Oft wird er auch als Batterie, Autobatterie, Motorradbatterie, Starterbatterie oder Bleibatterie bezeichnet. Die korrekte und eindeutige Bezeichnung Bleiakkumulator oder kurz Bleiakku rührt daher, daß beide Elektroden aus Blei bzw. aus einer Bleilegierung bestehen und daß er wiederaufladbar ist. Als Elektrolyt dient Schwefelsäure. Im geladenen Zustand besteht die positive Polplatte aus Bleidioxid (PbO2) und die negative aus blankem Blei (Pb). Beim Entladen bildet sich an beiden Platten feinverteiltes Bleisulfat (PbSO4), welches beim Laden wieder in Bleidioxid bzw. in Blei zurückverwandelt wird.Bleiakkumulatoren sind aufgrund des stark ätzenden Elektrolyts im Falle eines Defekts potentiell gefährlich und bei nicht fachgerechter Entsorgung alles andere als umweltfreundlich, da Blei ein giftiges Schwermetall ist. Sie müssen daher unbedingt dem Recycling zugeführt werden, was in Deutschland für Autobatterien schon längere Zeit Pflicht ist. Bleiakkus sind vergleichsweise schwer, voluminös und besitzen eine im Vergleich zu anderen Akkumulatortypen gleicher Baugröße geringe Strombelastbarkeit. Zudem ist die Selbstentladung eines Starterakkus bei Raumtemperatur mit 5 bis 10% pro Monat relativ hoch (Bleigelakkus ungefähr die Hälfte oder noch geringer). Bei einer Selbstentladungsrate von 10% beträgt nach Volladung die Restladung nach 6 Monaten 50% und nach 12 Monaten nur noch 30% der Kapazität. Allerdings sind Bleiakkus vergleichsweise billig, robust, sehr einfach zu laden und vor allem auch bei deutlichen Minusgraden verwendbar, weshalb sie trotz ihrer zahlreichen Nachteile im Automobilbereich als Starterakku nach wie vor ausschließlich eingesetzt werden. Bei Hybridfahrzeugen werden aus Gewichts- und Platzgründen als Antriebsakkumulatoren vorzugsweise andere Akkutypen eingesetzt. Im Automobilbereich benutzte Starterbatterien besitzen Bleielektroden, die mit Absicht extrem porös ausgeführt sind, um eine große Oberfläche pro Volumen zu erreichen, um den für Bleiakkus typischen hohen Innenwiderstand zu verringern. Dies wird dadurch erreicht, daß die Elektrodenplatte im Grunde keine Platte ist, sondern eher aussieht wie ein Gitter. Dieses Bleigitter wird bei der Herstellung mit einer Paste aus Bleipartikeln (negative Elektrode) bzw. Bleidioxidpartikeln (positive Elektrode) bestrichen, die das eigentliche Elektrodenmaterial bilden. Durch die große Oberfläche der extrem vielen kleinen Partikel, die wirken wie ein Schwamm, kann die Autobatterie viel mehr Strom liefern als mit einem simplen Blech als Elektrode, was eine Grundvoraussetzung für einen erfolgreichen Kaltstart ist. Zudem wird so eine vergleichsweise große Kapazität bei kleinem Volumen erreicht. Sie hat aber auch einen ganz entscheidenden Nachteil: Da die Bleielektrode einem Schwamm nicht unähnlich ist, bröckeln bei jedem Lade-/Entladevorgang winzige Teile der Elektrode ab, weil die chemische Umwandlung der Elektroden zu mechanischen Spannungen führt. Die Ursache liegt darin, daß Bleisulfat mehr Platz braucht als Blei oder Bleioxid. Das Volumen der Partikel der Elektrode nimmt daher beim Entladen zu und beim Laden wieder ab. Einerseits verringert sich durch das Abbröckeln die wirksame Oberfläche, was zu einem höheren Innenwiderstand und einer verminderten Kapazität führt. Andererseits bildet sich sogenannter Batterieschlamm, der sich am Boden absetzt. Beim Autoakku reichen daher die Elektroden nicht bis ganz unten an den Boden, damit sich der teilweise leitfähige Batterieschlamm gefahrlos unten absetzen kann. Erreicht er aber die Elektroden, kann es zu einem Kurzschluß kommen, wodurch die betroffene Zelle und damit der gesamte Akku unbrauchbar wird. Wenn man den Akku stark entlädt (im schlimmsten Fall bis zur Kapazitätsgrenze) und wieder auflädt, bröckelt ziemlich viel Material ab, was seine Lebensdauer extrem verkürzt. Starterakkus sind durch die Elektrodenstruktur daraufhin ausgelegt, für sehr kurze Zeit hohe Ströme zu liefern. Der typische Wert des Starterstroms ("Anlasser") liegt bei einem mittelprächtigen 4-Zylinder-Ottomotor bei 150 bis Bei sehr extremem Kurzstreckenbetrieb oder bei Defekten am Generator ("Lichtmaschine") wird der Akku nicht genügend aufgeladen und befindet sich mehr oder weniger ständig im halb- bis nahezu ganz entladenen Zustand. Nahezu leere Starterakkus "ziehen" bei laufendem Motor sehr viel Strom aus dem Bordnetz, was zur Folge hat, daß der Ladestrom viel zu hoch ist und dadurch beim Ladevorgang viel mehr Teile der Elektroden abbröckeln als beim schonenden Laden. Wenn ein Akku in stark entladenem Zustand tagelang verharren muß, bilden sich aus den vielen, feinverteilten Bleisulfatkristallen große Bleisulfatkristalle an den Elektroden, die aufgrund ihrer schlechten elektrischen Leitfähigkeit nur sehr schwer rückzubilden sind (siehe  Sulfatierung).Ganz schlimm ist es, wenn man eine konventionelle Autobatterie zweckentfremdet (z.B. als vermeintlich preisgünstige Alternative zu speziell für Solaranlagen oder elektrische Antriebe konstruierten Akkus) und weit außerhalb seiner Spezifikation betreibt, beispielsweise durch mehrfaches Entladen über die max. spezifizierte Entladetiefe von meistens 10% hinaus. Hierbei ist die Schlammbildung sehr hoch, was sich sehr ungünstig auf seine Lebensdauer auswirkt. Ein Entladen bis zur Kapazitätsgrenze überlebt er nur wenige Male. Für Solaranlagen gibt es aus genau diesem Grund spezielle Solarakkumulatoren ("Solarbatterien"), bei denen konstruktiv sichergestellt wird, daß sie starke Entladungszyklen deutlich besser wegstecken und auch eine geringere Selbstentladung besitzen. Erkauft werden die Vorteile der Solarakkus mit einem größeren Bauraum, mehr Elektrodenmaterial, zusätzlichen Maßnahmen wie Glasfaservlies etc. und damit einem deutlich höheren Preis, der nicht zuletzt auch durch die im Vergleich zu den Millionen Autoakkus sehr geringe Stückzahl vergleichsweise hoch ist. Aber auch zyklenfeste Solarakkus sollte man möglichst nie vollständig entladen. Ähnliches gilt für sogenannte Antriebsakkus, die ebenfalls auf Zyklenfestigkeit bei vergleichsweise hoher Entladetiefe optimiert sind. Da Autobatterien schnell altern, wenn sie prozentual viel Ladung abgeben müssen, ist es Neben  den Starterakkus für Fahrzeuge aller Art mit Verbrennungsmotor gibt noch weitere Sorten von Bleiakkus. Die oben erwähnte EFB- oder AGM-Technologie hält durch ein Gewebe aus z.B. Polyester (EFB) oder ein Glasvlies (AGM) das Material der Platte mechanisch an Ort und Stelle fest und verhindert so weitgehend ein Abbröckeln der Platten bei größerer Entladetiefe. Das Glasvlies der AGM-Akkus bindet zusätzlich die Säure und hält sie sozusagen durch Kapillarwirkung an Ort und Stelle, was durch SäureschichtungLaden von BleiakkusBleiakkus sind empfindlich gegenüber Tiefentladung. Bereits eine einmalige Tiefentladung kann einen Autoakku unbrauchbar machen, selbst wenn man ihn sofort wieder auflädt. Das Laden selbst ist sehr einfach: Man versorgt ihn mit einem nicht zu hohem Strom (üblicherweise 1/20 bis 1/10 der Kapazitätsangabe) und schaltet bei Erreichen von ca. SäureschichtungDie Gasungsspannung ist diejenige Spannung, ab der der Akku so gut wie nicht mehr weiter geladen wird, sondern nahezu der gesamte Strom das Wasser des Elektrolyten in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet und damit zersetzt. Dieses Gasgemisch explodiert selbst in nur geringen Mengen beim geringsten Funken heftig, weshalb man nur im Freien oder in gut durchlüfteten Räumen laden darf. Billige konventionelle Ladegeräte besitzen nicht nur keine automatische Abschaltung bei Erreichen der Gasungsspannung, sondern lassen einen Akku durch pulsierende Gleichspannung mit hohem Scheitelwert immer gasen. Nicht zu starkes Überladen richtet zwar bei Akkus, bei denen man Zugang zu den einzelnen Zellen hat, keinen allzu großen Schaden an, jedoch geht Wasser verloren. Hat man den Akku überladen, muß man daher den alten Flüssigkeitspegel durch Nachfüllen von destilliertem Wasser wiederherstellen, sofern das überhaupt möglich Sulfatierung),Die Bordnetzspannung und damit die Ladespannung des Akkus ist in vielen Fahrzeugen auch heute noch nicht temperaturkompensiert. Das hat zur Folge, daß bei hoher Akkutemperatur (dabei ist die Gasungsspannung geringer als bei niedriger Temperatur) die Bordnetzspannung höher als die Gasungsspannung sein kann. Dann wird das Wasser im Akku in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt und dabei verbraucht. Das Gasen ist nicht ganz so schlimm, aber dabei sinkt der Flüssigkeitsstand. Liegt der Flüssigkeitsstand längere Zeit so niedrig, daß die Platten nicht mehr komplett von Säure umgeben sind, verlieren die trockenen Plattenteile ihre Stromspeicherfähigkeit, sodaß auch nach dem Nachfüllen von Wasser die Kapazität verringert bleibt. Probleme im Winter werden daher meistens durch nachlässige Pflege im Sommer gelegt. Es ist also anzuraten, vor allem im Sommer öfter den Säurestand des Akkus zu überprüfen und ggf. Wasser nachzufüllen. Dieses Problem tritt jedoch ausschließlich dann auf, wenn die Akkutemperatur sehr hoch ist und der Akku gleichzeitig geladen wird, was eher selten der Fall ist. Während des Fahrens sorgt nämlich die Kühlluft dafür, daß der Akku nicht allzu warm wird. Wirklich hohe Akkutemperaturen treten nur dann auf, wenn man ein längere Zeit mit hoher Last und hoher Drehzahl heißgefahrenes Auto bei hoher Außentemperatur parkt, weil dann die Motorwärme nicht durch Fahrtwind bzw. den Lüfter effizient abgeführt wird, sondern sich die heiße Luft unter der Motorhaube staut und dann den Akku aufheizt. Zunächst ist das noch unkritisch, weil der Akku bei stehendem Motor nicht geladen wird. Der aus Akkusicht ungünstigste Fall ist derjenige, wenn nach ca. einer halben oder ganzen Stunde, also wenn die Akkutemperatur ihr Maximum erreicht hat, eine neue Fahrt beginnt und der Akku dann geladen sprich überladen wird. Die Kühlluft kann den warmen Akku nur sehr langsam abkühlen, weshalb das Überladen recht lange andauert. Fahrzeuge, bei denen sich der Akku nicht im Motorraum sondern z.B. im Kofferraum oder unter der Rücksitzbank befindet, haben dieses Problem natürlich grundsätzlich nicht. Sofern es sich bei Ihrem Auto-Akku nicht um einen "wartungsfreien" Typ handelt, haben Sie meistens durch Entfernen von 6 Schraubstöpseln oder einer Kunststoffleiste Zugang zum Elektrolyten und können im Bedarfsfall problemlos destilliertes Wasser nachfüllen. Sie sollten alle 1 bis 2 Monate (wenn Sie viel fahren öfter) überprüfen, ob der Flüssigkeitsstand noch ausreichend hoch ist. Tragen Sie dabei unbedingt Sorge, daß keine elektrisch leitfähigen Teile in den Akku fallen können; ein Kurzschluß innerhalb der Zelle mit gigantischen Strömen würde seinem Leben ein spektakulärs Ende setzen. Zusätzlich würde durch die schlagartige Wärmeentwicklung bedingt heiße Säure herausspritzen, die zu massiven Verätzungen und Erblindung führen kann. Bei durchsichtigen Akkus ist der Sollfüllstand meistens durch eine Markierung auf der Seite des Akkus gekennzeichnet. Falls eine solche fehlt, sollte der Flüssigkeitsstand Falls Sie Ihren Akku z.B. durch vergessenes Ausschalten der Beleuchtung stark entladen oder sogar tiefentladen haben, sollten Sie ihn keinesfalls mit einem Schnelladegerät aufladen. Das Tiefentladen ist schon schlimm genug, und durch den hohen Ladestrom würde er noch mehr Schaden nehmen. Er muß vielmehr mit einem geringen Ladestrom langsam wieder aufgepäppelt werden. Auch wenn es lange dauert, sollten Sie ihn daher lediglich mit einem geringen Strom aufladen. Das mag er auch im Normalbetrieb am liebsten. Als Faustregel sollte der Strom ein Zehntel der Akkukapazität nicht überschreiten, darf allerdings gerne geringer sein. Bei einem Akku mit einer Kapazität von beispielsweise  Bild 1: Einfaches Ladegerät für Bleiakkus Wie Sie in  Bild 2: Gleichgerichtete Wechselspannung Der Spitzenwert der Spannung US beträgt bei nur geringem Strom üblicherweise ca. Wenn Sie tatsächlich einmal den Akku sehr weit entladen haben, reicht das Laden über Nacht auch bei geringem Strom locker aus, um Ihr Fahrzeug morgens wieder starten zu können. Selbst bei einem hohen angenommenem Anlasserstrom von Wenn Ihnen das Malheur eines entladenen Akkus über Nacht passiert ist, sie morgens zügig zur Arbeit fahren müssen und keine Starthilfe durch ein anderes Fahrzeug möglich ist, müssen Sie natürlich nicht den Akku ganz aufladen. Es reicht aus, ihn soweit zu laden, daß Sie den Motor starten können. Solange der Akku nicht eingefroren ist (siehe unten) und Ihr Auto normalerweise sofort anspringt, können Sie bei einem Ladestrom von Nach erfolgtem Start sollten Sie nur die wirklich notwendigen Stromverbraucher einschalten (also keine Heckscheibenheizung, keine Sitzheizung, keine Nebelleuchten etc.) und sofort losfahren, wobei Sie ausnahmsweise eine übertrieben niedertourige Fahrweise vermeiden sollten. Wenn Sie an Ampeln o.ä. anhalten müssen, ist es empfehlenswert, mit dem Fuß soviel Gas zu geben, daß der Motor mit mindestens 1500 Umdrehungen pro Minute dreht, auch wenn der Neben- oder Hintermann sich deswegen aufregt. Ansonsten besteht die Gefahr, daß der Generator weniger Strom liefert als verbraucht wird. Als Folge würde der Akku nicht geladen sondern entladen, weswegen der Motor bei einer längeren Rotphase auszugehen droht. Durch die beschriebene Vorgehensweise sollte der Akku auch bei relativ kurzer Fahrstrecke genügend geladen sein, um den Motor für den Rückweg zu starten, sofern die (erneute?) Tiefentladung für ihn nicht der Todesstoß war. Wieder zu Hause gönnen Sie ihm dann mit einem Ladegerät am besten eine sanfte Volladung oder fahren Sie auf dem Rückweg wenigstens eine längere Strecke mit nicht zu niedriger Drehzahl über Land mit möglichst wenigen eingeschalteten elektrischen Verbrauchern, um ihn wenigstens teilweise aufzuladen, und informieren Sie sich dann, wo Sie ihn baldmöglichst vollständig aufladen lassen können (Werkstatt, Tankstelle, ausgeliehenes Ladegerät o.ä.) und verzichten Sie, sofern vorhanden, bis zum vollständigen Aufladen auf die Verwendung der Standheizung und anderer Großverbraucher wie Sitzheizung, Nebelleuchten oder Heckscheibenheizung (letztere, falls unbedingt nötig, nur ganz kurz und nur während der Fahrt benutzen). Sollte der Akku trotz dieser Sonderbehandlung am nächsten Morgen wieder schlapp machen, können Sie mit ziemlicher Gewißheit davon ausgehen, daß er das Ende seines Lebens erreicht hat. Eine Messung der Säuredichte im vollgeladenen Zustand (siehe nächstes Kapitel) bringt diesbezüglich endgültige Gewißheit. Wenn Sie ihr Fahrzeug über Winter stillegen, ist es ratsam, dem Akku während dieser Zeit im Interesse einer langen Lebensdauer ein bißchen Aufmerksamkeit zu gönnen. Wenn möglich, sollten Sie den Akku ausbauen und an einem frostfreien, trockenen Ort überwintern. Bei nicht uralten Fahrzeugen mit Vergaser kann das Abklemmen allerdings zu Problemen führen (Verlust der Adaptionswerte der Motorsteuerung, Eintippen des Sicherheitscodes des Radios erforderlich etc.), weshalb das Ausbauen nicht immer praktikabel ist und daher der Akku besser im Fahrzeug verbleibt. Ideal ist es in beiden Fällen, wenn der Akku von einem speziellen kleinen Ladegerät mit einem geringen Strom vollgeladen gehalten wird. Dagegen spricht, daß ein solches Ladegerät dann 24 Stunden am Tag Strom verbraucht, und zwar deutlich mehr, als der Akku zum Ladeerhalt benötigt. In der Praxis sinnvoll ist es, rund alle 2-4 Wochen den Akku nachzuladen und dann das Ladegerät wieder abzuklemmen. Seit einigen Jahren werden Geräte angeboten, die die Akkus zyklisch ein wenig entladen und dann wieder volladen. Was bei NiCd-Akkus noch beschränkt Sinn macht, ist bei Auto- und Motorradakkus wegen des dabei erhöhten Anfalls an Batterieschlamm kontraproduktiv, weshalb man sich besser darauf beschränken sollte, den Akku regelmäßig nur vollzuladen. Ladestand von BleiakkusMit Hilfe eines im Volksmund Batteriesäureheber genannten Aräometers, das Sie für wenig Geld im Fachhandel erwerben können, können Sie die Dichte des Elektrolyten sprich der "Batteriesäure" messen, sofern der Elektrolyt bei Ihrem Akku zugänglich ist, was leider immer seltener der Fall ist. Dabei muß man aufpassen, daß man weder zuviel noch zu wenig Säure ansaugt. Der kleine Schwimmer muß frei und unbehindert schwimmen können, d.h. er darf weder durch zuviel Säure im Säureheber oben anschlagen (und dadurch eine zu geringe Dichte anzeigt) noch durch zu wenig Säure unten aufliegen (wodurch er eine zu hohe Dichte anzeigt). Am Aräometer können Sie bei einem neuen Bleiakku direkt ablesen, ob der Akku ganz geladen Seien Sie beim Überprüfen der Säuredichte bitte sehr vorsichtig und tragen unbedingt eine Schutzbrille sowie möglichst auch alte Kleidung. Denn bereits ein kleiner Spritzer Schwefelsäure kann ein Loch in die Kleidung bzw. die Haut brennen und schlimmstenfalls zur Erblindung führen, falls er in die Augen gerät. Spülen Sie betroffene Stellen im Falle des Falles sofort mit viel Wasser ab. Ist Säure in die Augen gekommen, müssen Sie sie sofort mit viel Wasser ausspülen und unbedingt direkt nach dem Ausspülen einen Augenarzt aufsuchen. Falls Sie diesen nicht schnellstmöglichst aus eigener Kraft aufsuchen können, verständigen Sie sofort den Rettungsdienst, denn Ihr Augenlicht steht auf dem Spiel. Erinnern Sie sich an den Fall der Iranerien, die von einem verschmähten Verehrer mit Schwefelsäure geblendet sowie entstellt wurde und sich im Jahr 2011 vor einem iranischen Gericht das Recht erstritt, ihren Peiniger mit Schwefelsäure blenden zu dürfen, dann aber auf die Vollstreckung verzichtete? Das traurige Beispiel dieser Frau zeigt, daß selbst kleine Mengen Schwefelsäure immense gesundheitliche Schäden verursachen können. Beim Umgang mit Schwefelsäure sind daher Vorsichtsmaßnahmen kein Luxus sondern absolut notwendig. Aufgrund dieser Gefahren sollten Sie die Dichte der Akkusäure nur dann bestimmen, wenn es unbedingt notwendig ist. Spülen Sie den Aräometer nach Gebrauch unter reichlich fließendem Wasser ab und spülen Sie auch das Innere gut aus, damit der Aufbewahrungsort nicht infolge von Säureresten Schaden nimmt. Sulfatierung von BleiakkusWie schon weiter oben erläutert bildet sich bei Entladung eines Bleiakkus an beiden Platten Bleisulfat. Demnach findet bei Entladung immer eine Sulfatierung statt, denn das ist schlicht und ergreifend die Art und Weise, wie ein Bleiakku funktioniert. Das Schlagwort Sulfatierung, das Anbieter windiger Geräte (dazu gleich noch mehr) gern als Schreckgespenst und Synonym für einen frühen "Batterietod" verwenden, ist also völlig falsch gewählt, denn profan gesagt gibt's ohne Sulfatierung keinen Strom. Richtig ist hingegen, daß die Bildung von relativ großen Bleisulfatkristallen einhergeht mit einer Kapazitätsverminderung. Denn an diese kommt man platt gesprochen elektrisch nicht mehr heran, weil sie elektrischen Strom nur sehr schlecht leiten. Man kann sie daher auch mit speziellen Lade- oder Entladeverfahren nicht mehr beseitigen, und auch nicht durch chemische Zusätze. Durch die großen Bleisulfatkristalle steht ein immer größer werdender Flächenanteil der Bleiplatten nicht mehr für die Energiespeicherung zur Verfügung. Gleichzeitig sinkt durch die in den Kristallen gebundene Schwefelsäure die Säurekonzentration und damit die Säuredichte, denn durch die Sulfatbildung wird ein Teil der Batteriesäure an den Platten gebunden, so daß die Säuredichte mit zunehmender Sulfatierung abnimmt.Was kann man gegen die sogenannte Sulfatierung tun? Im Grunde ist wie bereits erwähnt die Sulfatbildung ein völlig normaler Vorgang: Auch im Idealfall bildet sich beim Entladen an beiden Platten Bleisulfat. Beim Laden wird dieses wieder vollständig in Bleidioxid (positive Platte) und Blei (negative Platte) zurückverwandelt. In der Realität klappt die Rückverwandlung nicht mehr, wenn sich relativ große Bleisulfatkristalle gebildet haben. Ziel ist also, nicht die Bleisulfatbildung an sich zu verhindern (wie fälschlich oft zu lesen ist) sondern die Bildung großer Kristalle. Beim Entladen bilden sich vorzugsweise winzige, feinverteilte Kristalle, die sich leicht rückbilden lassen, speziell wenn ein hoher Entladestrom fließt. Große Kristalle bilden sich vorzugsweise beim Rumstehen, weil Kristalle Zeit zum Wachsen brauchen. Andererseits bilden sich große Kristalle bevorzugt, wenn ohnehin schon viel Bleisulfat vorhanden ist sprich bei stark entladenem Akku. Das kennen Sie sicher von Zuckerkristallen: Große Kristalle scheiden sich aus einer Zuckerlösung nur dann ab, wenn man sie ganz langsam und behutsam wachsen läßt. Wenn man permanent für Turbulenz in der Zuckerlösung sorgt, bilden sich nur viele kleine Kristalle, und wenn man die Zuckerkonzentration in der Lösung absenkt, bilden sich fast gar keine Kristalle. Im Akku sorgt ein hoher Entladestrom für eine hohe Mikroturbulenz dort, wo das Bleisulfat gebildet wird, wodurch nur schwer große Kristalle entstehen können. Fließt aber kein äußerer Strom, können große Kristalle entstehen, weil dann akkuintern nur der im Vergleich zu üblichen Lade- und Entladeströmen sehr geringe Selbstentladungsstrom fließt. Die besagten Sulfatschichten kann man auch nicht mehr mit irgendwelchen Wundergeräten beseitigen, die den Akku mit speziellen Strompulsen beaufschlagen. Die Behauptung, daß man damit die Sulfatkristalle "aufsprengen" und so "die Sulfatierung rückgängig machen" könne, ist weder in der Theorie noch in der Praxis haltbar. Bleisulfat leitet den Strom nämlich nur sehr schlecht, weshalb man mit Strom das Blei vom Sulfat nicht mehr trennen kann. Dies ist völlig unabhängig davon, mit welcher Stromstärke oder mit welcher Impulsform bzw. Frequenz man arbeitet. Zudem wird der Akku bei jedem Motorstart mit einem deutlich stärkeren und längeren Strompuls als bei solchen Geräten belastet. Beim sommerlichen Start von Motoren mittleren Hubraums fließt über Sekunden ein Strom von größenordnungsmäßig 150 bis Große Sulfatkristalle zerstören kann man zwar nicht, aber man kann präventiv etwas tun, nämlich die Bildung dieser großen Sulfatkristalle weitgehend vermeiden: Da kleine Kristalle mit der Zeit zu großen heranwachsen, sollte man ab und zu möglichst alles Bleisulfat in Bleidioxid (positive Platte) bzw. Blei (negative Platte) umwandeln sprich es beseitigen, solange es noch geht. Dies erreicht man recht einfach durch simple Volladung des Akkus. Im Auto erreichen Bleiakkus jedoch vor allem im Winter so gut wie nie den Zustand, daß sie voll geladen sind. Ein Grund dafür ist, daß die für eine Volladung notwendige Ladespannung bei Kälte zunimmt, die Bordnetzspannung bei den meisten Autos jedoch konstant ist und so niedrig gewählt wurde, daß der Akku auch im Sommer möglichst nicht überladen wird, um ein Gasen zu vermeiden. Dadurch ist die Spannung im Winter zu niedrig, um den Akku wirklich vollzuladen. Eine temperaturabhängige Spannungsreglung, bei der die Bordnetzspannung bei niedriger Temperatur angehoben wird, besitzen nur wenige Autos. Ein anderer Grund ist, daß der Generator im Winter viele Verbraucher versorgen muß (Beleuchtung, Heckscheibenheizung, Sitzheizung, Lüfter etc.), wodurch zum Laden deutlich weniger Strom übrig bleibt als im Sommer. Im Sommer sieht es besser aus, aber auch dann sind außer bei extremen Langstreckenfahrzeugen die Akkus zwar oft nahezu vollgeladen aber halt nur nahezu. Der Grund ist, daß die Fahrzeit meistens schlicht und ergreifend zu kurz ist, um 100% Ladung zu erreichen. Die fehlenden paar Prozent zur Volladung sind dann genau die kleinen Sulfatkristalle, die ungestört immer weiter wachsen, weil sie nie zurückgebildet werden, und so die Kapazität verringern. Zuerst werden ja aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit beim Laden immer die kleinsten Kristalle zurückgebildet und zuletzt die größeren, wodurch immer die gleichen Kristalle nicht mehr zurückgebildet werden und so weiterwachsen können, bis sie endgültig zu groß geworden sind. Bei verringerter Kapazität wird dann an anderer Stelle das Bleisulfat mangels wirklicher Volladung nie abgebaut, wodurch sich dort weitere große Kristalle bilden usw., bis irgendwann die Restkapazität des Akkus nicht mehr ausreicht, den Motor zu starten. Daraus folgt: Wenn Sie die Lebensdauer eines Bleiakkus verlängern wollen, sollten Sie ihm regelmäßig mit einem Ladegerät eine wirkliche Volladung gönnen, auch wenn er nahezu vollgeladen ist. Das Ladegerät muß unbedingt eines mit elektronischer Laderegelung sein. Im Winter ist einmal pro Woche und im Sommer einmal pro Monat eine gute Faustregel; häufiger schadet nicht, macht aber mehr Mühe. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Zellenspannung sollte das Laden möglichst in nicht zu kalter Umgebung erfolgen, da sonst der Ladevorgang zu früh beendet wird, da Ladegeräte nur höchst selten über eine Temperaturkompensation verfügen und damit einen Temperatursensor besitzen, der am Akku angebracht werden muß. Trotzdem ist es natürlich immer noch deutlich besser, selbst bei Eiseskälte nachzuladen, als den Akku halb entladen zu belassen. Bei Bleiakkus, die unkontaktiert gelagert werden, wird kein Strom extern entnommen, sondern sie entladen sich nur durch die unvermeidliche Selbstentladung, was vergleichsweise langsam vor sich geht. Daher ist es ausreichend, wenn solche Akkus nur ca. einmal im Monat vollgeladen werden. Wichtig zu wissen ist, daß diese Vorgehensweise nur hilft, wenn sie von Anfang an, d.h. wenn sich der Akku noch im Neuzustand befindet, konsequent durchgeführt wird. Wenn der Akku schon schwächelt, hat sie kaum noch einen Effekt. Dann kann man lediglich durch externes Laden seine Gebrauchsdauer noch um ein paar Tage verlängern, um genügend Zeit zu haben, damit man eine preisgünstige Bezugsquelle für einen (hoffentlich) qualitativ hochwertigen Ersatzakku ausfindig machen kann. Der Kauf an der nächsten Tanke dürfte preislich und der Kauf im nächsten Baumarkt qualitativ den ungünstigsten Fall darstellen. Da ein Akku durchs bloße Rumstehen am meisten altert, sollten Sie beim Kauf unbedingt darauf achten, daß das Herstelldatum auf gar keinen Fall weiter als 6 Monate zurückliegt (besser deutlich kürzer, das Herstelldatum ist bei Autoakkus leider immer seltener angegeben), denn seit Herstellung regelmäßig aufgeladen wurde er ganz sicher nicht. Besser ist es, bei einem Fachhändler, der meiner Erfahrung nach nicht selten Markenakkus zu einem niedrigeren Preis verkauft als so mancher Baumarkt qualitativ zweifelhafte Ware, einen Akku zu bestellen und ein paar Tage auf die Lieferung eines frischen Akkus zu warten. Alternativ dazu können Sie Markenakkus auch preisgünstig übers Internet bestellen, was u.U. Wege spart. SäureschichtungEin weiteres Übel ist die sogenannte Säureschichtung. Damit ist gemeint, daß die Säurekonzentration und damit die Säuredichte nicht überall im Akku gleich ist, sondern sich stärker konzentrierte Säure aufgrund ihrer höheren Dichte unten sammelt (konzentrierte Schwefelsäure ist bei gleichem Volumen nahezu doppelt so schwer wie Wasser), während weniger konzentrierte Säure oben schwimmt. Die Säureschichtung hat zur Folge, daß der Akku nicht mehr vollständig geladen wird und zusätzlich die Bildung großer Sulfatkristalle gleich durch zwei Mechanismen gefördert wird. Nur ganz wenig betroffen von diesem Effekt sind Bleivliesakkus, bei denen die Säure durch eine Glasfasermatte mehr oder weniger ortsfest gemacht wurde. Bei Bleigelakkus ist Säureschichtung natürlich überhaupt kein Thema, da sich der Elektrolyt hier überhaupt nicht bewegen kann.Durch die spezielle Betriebsweise von Autoakkus wird dort die Säureschichtung folgendermaßen hervorgerufen: Beim Anlassen des Motors fließt kurzzeitig ein sehr hoher Strom, der speziell im Winter nicht allzuweit unter dem Kurzschlußstrom des Akkus liegt. Bei einem derart hohem Strom spielen auch kleinste ohmsche Widerstände eine Rolle. Die Plattenelektrode besitzt zwischen Ober- und Unterkante einen nennenswerten ohmschen Widerstand, was der Grund dafür ist, daß bei einem hohen Entnahmestrom der obere Teil der Platten einen deutlich höheren Anteil am Gesamtstrom als der untere liefert. Eine direkte Folge ist, daß die Säuredichte im oberen Teil des Akkus stärker als als unten sinkt. Beim Laden ist der Strom aber deutlich geringer, weshalb die Stromverteilung auf der Plattenoberfläche erheblich homogener ist. Da der untere Teil beim Entladen weniger Ladung abgegeben hatte als der obere, ist er auch schneller wieder geladen und treibt die Klemmenspannung des Akkus nach oben. Die Klemmenspannung ist somit höher, als es dem tatsächlichen Gesamtladestand des Akkus entspricht. Durch die höhere Klemmenspannung sinkt der Ladestrom, weshalb durch die beschränkte Ladezeit im Fahrzeug (geladen wird schließlich nur, solange der Motor läuft, und das ist kürzer, als man denkt) der Akku nicht mehr voll aufgeladen werden kann und deshalb eine verminderte Kapazität zeigt. Während im unteren Bereich des Akkus eine hohe Säuredichte vorherrscht, ist sie oben geringer, weil dort beim unvollständigen Aufladen nicht das ganze Sulfat zurückgewandelt werden konnte. Die Säureschichtung wird noch dadurch verstärkt, daß konzentrierte Schwefelsäure, die beim Laden lokal aus dem Sulfat entsteht, durch ihre hohe Dichte ohnehin die Tendenz zeigt, nach Unten abzusinken und sich dort zu sammeln. Die Vibrationen sowie Kipp- und Schaukelbewegungen während des Fahrens tragen zwar dazu bei, die Säureschichtung zu reduzieren, aber normalerweise reichen sie aufgrund der engen Plattenschichtung und der Separatoren nicht aus, um sie ganz zu vermeiden. Die Säureschichtung hat aber nicht nur den Effekt, daß der Akku nicht mehr voll aufgeladen werden kann. Vielmehr schädigt sie den Akku durch zwei weitere Mechanismen: Durch die zu hohe Säurekonzentration im unteren Bereich des Akkus kommt es zur Korrosion der Elektroden, d.h. es wird trotz erfolgter Volladung im unteren Bereich der Platten in Ruhepausen (Autos stehen normalerweise die meiste Zeit rum) Bleisulfat gebildet, das mit der Zeit zu großen Kristallen heranwächst. Der obere Bereich der Platten wird im Gegensatz dazu nie vollgeladen, sodaß das Bleisulfat die gleichen paradiesischen Zustände vorfindet wie in einem leeren Akku, und dort ebenfalls zu großen Kristallen heranwachsen kann. Im oberen Bereich wird jedoch die Bildung großer Sulfatkristalle dadurch überlagert, daß hier relativ viel Elektrodenmaterial und damit auch die Sulfatkristalle abbröckeln, weil die Stromdichte hier hoch ist und lokal eine starke Entladung stattfindet, was den Elektrodenverschleiß fördert. Rückgängigmachen kann man die Säureschichtung, indem man für eine gute Durchmischung des Elektrolyten sorgt. Dazu könnte man sie rein theoretisch ein paar Mal für jeweils ein paar Minuten auf den Kopf und wieder auf den Fuß stellen. In der Praxis funktioniert das nicht, weil Bleiakkus mit flüssigem Elektrolyten Entlüftungsöffnungen besitzen, über die ab einer bestimmten Schräglage die Säure auslaufen würde. Übrigens besitzen auch geschlossene Akkus ohne Möglichkeit zum Wassernachfüllen solche Entlüftungsöffnungen. Zudem wäre regelmäßiges Ausbauen des Akkus aus dem Auto nicht wirklich zielführend. Glücklicherweise gibt es eine elektrische Möglichkeit, die Säureschichtung stark zu reduzieren: Man muß hierzu den Akku gezielt ein wenig überladen. Dabei wird erstens im Bereich der unteren Plattenteile das Wasser elektrolytisch zersetzt, wodurch Wasserstoff- und Sauerstoffbläschen entstehen, die nach oben steigen und dabei für eine gute Durchmischung des Elektrolyten sorgen. Gleichzeitig werden die oberen Plattenbereiche dabei voll aufgeladen. Man nennt diesen Vorgang Ausgleichsladung. Dazu wird erst einmal der Akku ganz konventionell vollgeladen. Dann wird die Ladespannung für begrenzte Zeit auf z.B. Kälteverhalten von BleiakkusWie schon oben beschrieben ändert sich die Dichte des Elektrolyten (Schwefelsäure) mit dem Ladezustand. Leider ändert sich mit der Säuredichte auch der Gefrierpunkt. Ein vollgeladener Bleiakku mit einer Säuredichte vonWenn die Säuredichte permanent niedrig ist und auch durch Volladung kaum steigt, können Sie zwar damit bis zum Exitus des Akkus weiterfahren, aber es ist sehr sinnvoll, ihn schnellstmöglichst durch einen neuen zu ersetzen. Denn er wird demnächst ohnehin ausfallen, und zwar vorzugsweise dann, wenn Sie es am wenigsten gebrauchen können, nämlich wenn es kalt, dunkel und ungemütlich ist und Sie es zudem eilig haben. Wenn Sie morgens viel Zeit haben, können Sie mit Starthilfe, Nachladen etc. die Gebrauchsdauer zwar noch um ein paar Tage bis Wochen verlängern, aber deutlich sinnvoller ist es, gleich nach einem neuen Akku Ausschau zu halten. Denn solange Ihr Fahrzeug noch relativ problemlos anspringt, haben Sie noch die Chance, mehrere Läden abklappern und so preiswerten und trotzdem qualitativ hochwertigen Ersatz finden zu können (die Preisunterschiede sind teilweise enorm). Ist der Akku endgültig platt, haben Sie diese Chance vertan und müssen u.U. das nächstbeste und damit höchstwahrscheinlich teure und qualitativ trotzdem eher suboptimale Angebot annehmen. Wenn Sie schon den alten Akku unbedingt die paar Tage oder Wochen bis zu dessen Ableben vollständig aufbrauchen wollen, wovon wegen der damit verbundenen Unannehmlichkeiten sowie des Arbeitsaufwands für das andauernde Nachladen abzuraten ist, sollten Sie sich wenigstens rechtzeitig einen neuen Akku kaufen. Diesen sollten Sie im vollgeladenen Zustand im Auto mitführen und auch das passende Werkzeug für den Wechsel (vorher ausprobieren!) und einer funktionierenden Taschenlampe nicht vergessen, um zu vermeiden, daß sie nachts bei Eiseskälte mitten in der Pampa stehen und nicht mehr vom Fleck kommen, weil das Auto infolge endgültig verreckter Batterie nicht anspringt. Wie gesagt: Viel nervenschonender ist es, den neuen Akku rechtzeitig und damit ohne großen Streß einzubauen bzw. einbauen zu lassen. | ||||||||||||||||||
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