Elektrochemie

Een accu, of ook wel accumulator met elektrochemie, is een systeem waarin elektrische energie chemisch is opgeslagen. Lood -zwavelzuur- of nikkel cadmium accu’s zijn zogenaamde secundaire batterijen. Dit betekent dat deze na ontladen ook weer te herladen zijn. Een zink koolstof batterij kan dit niet.

Het principe van de lood zwavelzuur accu berust op de “dubbel sulfaattheorie”. De gedachte achter deze theorie is dat de reactieproducten die ontstaan bij het ontladen van de accu voor zowel de positieve als de negatieve elektrode hetzelfde zijn, namelijk loodsulfaat. Als gevolg hiervan is een cel van een loodaccu opgebouwd uit, door separatoren van elkaar gescheiden, positieve en negatieve elektrodes (platen) omgeven door zwavelzuur (elektrolyt).

De componenten die verantwoordelijk zijn voor de omzetting van chemische naar elektrische energie zijn looddioxide (PbIVO2), lood (Pb) en verdund zwavelzuur (H2O4). Tijdens ontladen vinden de volgende reacties aan de elektrodes plaats:

POSITIEVE ELEKTRODE
PbO2 + H2SO4 + 2H+ + 2 elektronen —-> PbSO4 + 2H2O

NEGATIEVE ELEKTRODE
Pb + H2SO4 —-> PbSO4 + 2H+ + 2 elektronen

TOTALE REACTIE
PbO2 + Pb + 2H2SO4 —-> 2PbSO4 + 2H2O

Als een loodaccu geladen wordt lopen de reacties de andere kant op. De snelheid waarmee de reacties verlopen is bepalend voor de prestaties die de accu kan leveren en is afhankelijk van de constructie van de accu.

Uit de totale (overall) reactie blijkt dat er tijdens het ontladen zwavelzuur gebruikt wordt. Hierdoor neemt de concentratie zwavelzuur, tijdens de ontlading, in het elektrolyt af. Als gevolg hiervan kan een meting van de concentratie zwavelzuur in het elektrolyt iets zeggen over de ladingstoestand van de accu.

Gerelateerd aan het soortelijk gewicht van het elektrolyt is ook de celspanning in rust, Elektro Motorische Kracht of EMK. Een redelijk betrouwbare meting van de EMK is slechts dan mogelijk indien de accu volledig losgekoppeld is van een circuit.

Celspanning (V) = zuurdichtheid elektrolyt + 0,84

Een meting van de celspanning (of accuspanning als het meerdere gekoppelde cellen betreft), zegt ook iets over de ladingstoestand van de accu. Met veel factoren wordt geen rekening gehouden die ook van invloed zijn op de celspanning. Hierdoor is deze methode niet zo nauwkeurig als een directe bepaling van de zuurdichtheid.