AKUMULATOR ELEKTRIČNI je sprava, u kojoj se nagomilava određena količina električne energije. Pohrana električne energije temelji se na principu elektrolitske polarizacije, koja se sastoji u promjeni kemijskog sastava dviju elektroda u elektrolitu kod procesa elektrolize. Električni se akumulator smatra valjanim, ako ima veliku sposobnost nagomilavanja električne struje, ako dugo traje, ako mu je električna napetost stalna, a napetost u ćeliji što veća, ako su mu učinci visoki i ako zadovoljava određene radne uvjete. Uglavnom razlikujemo olovne ili kisele i čelične ili alkalne električne akumulatore.

Olovni akumulator. Prvi olovni akumulatori predstavljali su ćeliju, koja je u principu bila sastavljena od posude paralelepipednog ili sličnog oblika od stakla, celuloida, tvrde gume, drvenih sanduka obloženih s unutarnje strane olovom otpornim protiv kiseline, plastične mase otporne protiv kiseline i sl., te dvije olovne elektrode, i to pozitivne i negativne, uronjene u razrijeđenu sumpornu kiselinu. Elektrode moraju biti od čistog mekog olova, a elektrolit od kemijski čiste sumporne kiseline razrijeđene u destiliranoj vodi. Sumporna kiselina mora biti bez tragova arsena, željeza, klora i drugih anorganskih i organskih spojeva.

Suvremeni olovni akumulatori slični su opisanom, no svaki članak ima svoje olovne elektrode sastavljene od većeg broja ploča, koje su međusobno paralelno vezane, da bi se njihove površine povećale, a time i sposobnost nagomilavanja električne energije. Radi povećanja sposobnosti nagomilavanja električne energije izrađuju se posebne vrste ploča, kako po formama, tako i po kemijskom sastavu. Moglo bi se kazati, da se cjelokupni razvoj olovnog akumulatora sastoji u prvom redu u razvoju novih vrsta pozitivnih i negativnih elektroda, kako po njihovoj formi, tako i po sastavu mase, koju pretežno sačinjavaju. U svakoj se ćeliji pozitivne ploče nalaze između dvije negativne, a krajnje ploče su uvijek negativne, te svaka ćelija ima po jednu negativnu ploču više od broja pozitivnih ploča. Krajnje negativne ploče nazivaju se ploče polova. Takav raspored ploča potreban je s razloga, što se proces nabijanja i izbijanja najintenzivnije vrši na pozitivnoj elektrodi, te je potrebno da obje strane pozitivnih ploča budu izložene procesu. Zbivanje procesa samo s jedne strane pozitivnih ploča izaziva krivljenje ploča, ispadanje aktivne mase na dno posude, međusobni spoj ploča suprotnog polariteta i ostale deformacije, a time se oštećuje akumulator. Deformacije pozitivnih ploča često prouzrokuju unutarnje kratke spojeve, a s tim u vezi i kvar na akumulatoru (sl. 1).

Vrsta akumulatora, veličina baterije, broj ćelija, spoj baterije j veličina ćelije, vrsta elektroda po veličini, broj ploča i kemijski sastav ovisi u prvom redu o svrsi, u koju se baterija upotrebljava, i o električnim, mehaničkim i dopunskim zahtjevima za rad pojedinih akumulatora. Ćelije se mogu povezivati međusobno serijski, paralelno ili mješovito, a isto tako mogu biti smještene u jednu zajedničku kutiju drvenu ili željeznu, obloženu s unutarnje strane gumom ili plastičnom masom. Takva skupina ćelija tvori akumulatorsku bateriju. Akumulatorske baterije mogu se kao i ćelije povezivati serijski, paralelno ili u mješovitom spoju. Tada treba predvidjeti podesne naprave za preklapanje, uključivanje, isključivanje, mjerenje i slično (sl. 5 i 6).

Način djelovanja olovnog akumulatora. Kod olovnog akumulatora moramo razlikovati dva energetska procesa, i to nabijanje i izbijanje. Nabijanje je period, u kojem se iz vanjskog izvora dovodi električna energija i nagomilava njenim pretvaranjem u kemijsku energiju. Izbijanje je period, u kojem se nagomilana električna energija u formi kemijske energije pretvara u električnu i kao takva pruža potrošaču. Stanje akumulatora prije procesa nabijanja je ovo: obje su elektrode ploče iz spužvastog olovnog sulfata, a elektrolit je razrijeđena sumporna kiselina. Ako se priključi izvor istosmjerne struje podesne napetosti na stezaljke akumulatora, nastaje elektroliza vode po Faraday-evim zakonima. Molekul vode rastavlja se u dvije ionske skupine, i to dva pozitivna iona vodika, koji putuju u smjeru klasične struje od pozitivnog pola kroz elektrolit prema katodi, a ion kisika prema anodi. Pozitivni ioni vodika stvaraju na katodi s olovnim sulfatom katode molekul sumporne kiseline, koji se vraća u elektrolit povećavajući njegovu gustoću, a na katodi se stvara atom čistog olova, te katoda postaje čisto olovo u spužvastoj strukturi. Kisik na anodi stvara s olovnim sulfatom anode, odnosno pozitivne elektrode i s najbližim molekulom vode, još jedan molekul sumporne kiseline, koji se vraća u elektrolit povećavajući njegovu gustoću, a oba atoma kisika s atomom olova pozitivne elektrode stvaraju molekul olovnog superoksida i anoda postaje ploča olovnog superoksida spužvaste strukture.

Po toj se shemi zbiva cjelokupni proces elektrolize vode i polarizacija pozitivne elektrode. Nabijanje traje teoretski tako dugo, dok postoje molekuli olovnog sulfata u spužvastoj formi na objema elektrodama. Njihovom odsutnošću prestaje i proces nabijanja. Svako daljnje trošenje električne energije ide na daljnju elektrolizu vode i time na stvaranje suvišnih mjehurića vodika i kisika, koji se dižu s elektroda kroz elektrolit i odlaze u okolni prostor stvarajući mješavinu plina, poznatog pod imenom praskavac. Ukoliko ne postoji dovoljna ventilacija, može uslijed nepažnje doći do eksplozije.

Proces nabijanja može se izraziti ovako:

2PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + 2H₂SO₄ + Pb ili na pojedinim elektrodama: PbSO₄ + H₂ = Pb + H₂SO₄ na negativnoj elektrodi, a PbSO₄ + O + H₂O = PbO₂ + H₂SO₄ na pozitivnoj elektrodi.

Procesom nabijanja u akumulatoru prelazi pozitivna elektroda u olovni superoksid, negativna u spužvasto olovo, dok elektrolit povećava svoju gustoću nastalom sumpornom kiselinom, i to teoretski za cjelokupni broj raspoloživih molekula olovnog sulfata obiju elektroda, odnosno molekula vode podvrgnutih elektrolizi. Time su nastale dvije elektrode različita kemijskog sastava, uronjene u razrijeđenu kiselinu, što u krajnjem slučaju predstavlja stanje jednog galvanskog elementa. Ako se olovni akumulator isključi iz vanjskog izvora električne struje, koji ga je nabijao i između njegovih stezaljki priključi odgovarajući električni otpor u vidu bilo kojeg potrošača, nastupa proces izbijanja preko kemijskih procesa, koji se zbivaju između kemijske mase elektroda i elektrolita, slično onome, što se zbiva u primarnim galvanskim elementima. Molekul sumporne kiseline razjeda negativnu elektrodu iz čistog olova, stvarajući na negativnoj elektrodi molekul olovnog sulfata, a oslobođeni vodik kao pozitivni ion putuje u smjeru klasične struje kroz elektrolit k pozitivnoj ploči, gdje veže atom kisika od molekula olovnog superoksida tvoreći molekul vode, koji se vraća u elektrolit i razređuje ga. Preostali molekul olovnog oksida od molekula olovnog superoksida stupa s najbližim molekulom sumporne kiseline u kemijski proces tako, da se vodik molekula sumporne kiseline veže s atomom kisika iz molekula olovnog oksida stvarajući molekul vode, koji se vraća u elektrolit i razređuje ga, a ostatak se molekula sumporne kiseline veže s atomom olova bivšeg molekula olovnog superoksida, stvarajući na pozitivnoj elektrodi molekul olovnog sulfata.

Po toj shemi zbiva se cjelokupni proces kemijskog spajanja sumporne kiseline s masama elektroda i oslobađanja dvaju molekula vode, koji se vraćaju u elektrolit smanjujući njegovu gustoću. Izbijanje traje teoretski toliko, koliko ima molekula olovnog superoksida na pozitivnoj elektrodi.

Proces izbijanja zbiva se ovako:

Pb0₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O ili na pojedinim elektrodama: Pb + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂ na negativnoj elektrodi, a PbO₂ + H₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2H₂O na pozitivnoj elektrodi.

Procesom izbijanja akumulator se vraća u prvobitno stanje, naime obje elektrode postaju olovni sulfat, a elektrolitu osjetljivo pada gustoća zbog nastale količine vode, i to teoretski za cjelokupni broj raspoloživih atoma kisika na pozitivnoj elektrodi. Ukratko: u procesu izbijanja troši se sumporna kiselina, a stvara se voda i time pada gustoća elektrolita, a u procesu nabijanja troši se voda, a stvara se sumporna kiselina, odnosno raste gustoća elektrolita. Proces u akumulatoru je prema tome reverzibilan elektrokemijski proces, koji se naziva procesom dvojne sulfatacije, a njegovo tumačenje teorijom dvojne sulfatacije. Ovaj se proces može prikazati formulom:

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ strelice 2PbSO₄ + 2H₂O.

Smjer strelice od lijeva na desno ukazuje na proces izbijanja, a suprotni smjer na proces nabijanja.

Ima više hipoteza o kemijskim i elektrolitskim zbivanjima u olovnom akumulatoru u toku nabijanja i izbijanja. Većina svodi svoje zaključke na teoriju dvojne sulfatacije.

Stanje procesa kod nabijanja i izbijanja najbolje karakterizira stanje gustoće elektrolita. Kod procesa nabijanja gustoća elektrolita raste; na početku nabijanja iznosi oko 20°—24° Baumé-a spec. težine od 1,16—1,2, a kod nabijenog stanja oko 26°—32° Baumé-a spec. težine od 1,22—1,285. Kod procesa izbijanja pada gustoća od oko 28° Baumé-a na vrijednost od oko 22° Baumé-a u praznom stanju. Stanje gustoće elektrolita najbolje karakterizira stanje akumulatora u njegovu pogonu i u slučaju kvara.

Električne vrijednosti. Kod svakog su akumulatora karakteristične ove električne veličine: elektromotorna sila i električna napetost na stezaljkama.

Elektromotorna se sila izražava:

E = f(g) = 1,85 + 0,00057 g ili

E = gustoća vanjskog elektrolita + 0,84 V, kod čega je g = težina sumporne kiseline u gramima, razrijeđena u jednoj litri destilirane vode.

Električni potencijal elektroda mijenja se u toku nabijanja, a ovisan je o koncentraciji elektrolita i njegovoj temperaturi. Na temelju kemijskih procesa, koji se zbivaju na elektrodama, razrađeni su matematski izrazi, kojima se određuju električni potencijali pojedinih elektroda u ovisnosti o gustoći i temperaturi elektrolita. Elektromotorna se sila ćelije pojavljuje kao razlika električnih potencijala između elektroda, a pod električnom napetošću razumijevamo napetost na stezaljkama elektroda, koja je izražena razlikom elektromotorne sile akumulatora, smanjenom za pad napetosti zbog vanjskog i unutarnjeg otpora akumulatora kod odgovarajućeg opterećenja. Vrijednost napetosti na stezaljkama izražava se Es = Ei — I (Ru + Rv) V, kod čega je Ei = elektromotorna sila u voltima, Ru = unutarnji otpor akumulatora u omima, Rv = otpor potrošača u omima, i I = jačina struje u amperima.

Unutarnji otpor akumulatora je nizak i kreće se oko 1,4 om — cm, ali u toku izbijanja njegova vrijednost raste za oko jedan i po puta. Unutarnji otpor akumulatora zavisi od površine ploča, od gustoće elektrolita i međusobne daljine ploča. Promjena u vrijednosti unutarnjeg otpora ovisna je o gustoći elektrolita, koja iznosi čak 20°—32⁰ Baumé-a i o kemijskom stanju elektroda. U nabijenom stanju, dok je pozitivna elektroda olovni superoksid, a negativna čisto olovo i elektrolit s velikim procentom sumporne kiseline, unutarnji je otpor malen. U izbijenom stanju kod elektroda iz olovnog sulfata i elektrolita sa smanjenom gustoćom postaje taj otpor najveći.

Srednja napetost nabijene ćelije iznosi oko 2V. Kod nabijanja raste napetost za svaku ćeliju od normalne vrijednosti u izbijenom stanju, i to od 1,74 ili 1,83V do 2,2V do trenutka, kad se dovrši proces na pločama. Zatim raste brže na 2,5V da naglo poraste na 2,75V. Svako je dalje nabijanje ćelija akumulatora iznad 2,75V kod intenzivnog razvijanja plinova ili t. zv. kuhanja akumulatora izlišno, jer predstavlja nepotrebno trošenje energije u elektrolitskom rastavljanju vode na njezine komponente, koje u obliku plinova odlaze u okolinu. Kod isključivanja akumulatora s izvora struje napetost naglo pada na 2,1V i prema trajanju izbijanja i jačine struje izbijanja postepeno pada od 2V na 1,95V. Izbijanje se vrši tako, da napetost ne padne ispod 1,83V kod akumulatora sa slabom strujom izbijanja, a do oko 1,74V s jakom strujom izbijanja. Svako je dalje izbijanje akumulatora ispod spomenutih napetosti štetno za akumulator (sl. 2).

Na opisanom principu djelovanja izradio je Francuz Gaston Planté već 1859 prve akumulatore. Elektrode su bile od čistoga mekog olova, na kome je kroz veći broj nabijanja i izbijanja nastao sve deblji sloj olovnog superoksida na pozitivnoj elektrodi, a sve deblji sloj spužvastog olova na negativnoj elektrodi. Takav postupak pripremanja akumulatora naziva se formiranje. Formiranje je dug proces, koji se izvodi slabim strujama dulje vremena. U praksi se formiranje ne izvodi do kraja, jer ploče postaju krhke. Da bi se skratilo vrijeme formiranja, izveden je niz promjena u konstrukciji ploča: u povećanju površine izgradnjom ploča rešetkastog ili sličnog oblika, kojih su šupljine ispunjene posebno pripremljenom aktivnom masom, sastavljenom od različnih spojeva olovnih oksida. Aktivna masa za pozitivne elektrode sastavljena je od minija Pb₃O₄ i olovnog oksida PbO, a za negativne elektrode od olovne prašine. Kod obiju ploča formiranje se postiže samo s nekoliko izbijanja i nabijanja.

Suvremeni akumulatori razlikuju se prema vrstama upotrebljenih elektroda; postoje uglavnom akumulatori s pločama velike površine tipa Planté (sl. 7), među koje se ubraja i tip mančesterskih ploča s rešetkastim pločama, ili tipa Fauer, nadalje s cijevnim i oklopnim pločama za pozitivne elektrode, a kao negativne elektrode izrađuju se kutijaste ili rešetkaste ploče (sl. 8). Ploče velike površine izrađuju se od ljevenog čistog mekog olova kao ravne ploče ili ploče s povećanom površinom pomoću brojnih rebara. Povećana površina je za oko 9 puta veća od površine obične ravne ploče. Slično tome izrađuju se ploče mančesterskog tipa, koje se sastoje od debljih olovnih limova, od mekog olova s velikim brojem rupa, u koje su utisnute savijene trake mekog olova. Osnovna ploča služi za dovod struje i kao rezerva za stvaranje aktivne mase, a olovne trake kao materijal za stvaranje aktivne mase u procesu formiranja. Ove se ploče podvrgavaju procesu formiranja. Rešetkaste ploče su izrađene u obliku okvira s rešetkama iz antimoniranog olova, koje ne razjeda sumporna kiselina, a šupljine su ispunjene aktivnom masom. Antimonirano olovo služi za pravilnu raspodjelu i dovod struje k aktivnoj masi. Cijevne se ploče sastoje od okvira s vertikalnim šipkama od antimoniranog olova, koje su obavijene cjevčicama od tvrde gume ili plastične mase, vanjskog su promjera oko 10 mm, a između cjevčica i jezgre utisnuta je aktivna masa. Cjevčice imaju po cijeloj duljini razreze sa dvije suprotne strane radi lakšeg prodiranja elektrolita i sprečavanja ispadanja aktivne mase, a jezgre imaju po svojoj duljini pločice, međusobno pomaknute za 90°, da se održi razmak između unutarnje stijene cjevčice i olovne šipke te da se pravilno raspodijele dovedene struje do aktivne mase. Slične su i oklopljene ploče (sl. 9, 10 i 11). One su rešetkaste od antimoniranog olova, ispunjene u otvorima aktivnom masom i oklopljene s jedne i druge strane pločom izolacionog materijala od tvrde gume ili plastičnih masa, koje po svojim površinama imaju velik broj uskih razreza, da se omogući pristup elektrolita i spriječi ispadanje aktivne mase.

Kutijaste ploče sastoje se od okvira i rebara od antimoniranog olova, kojih su otvori ispunjeni aktivnom masom. S obje strane obložene su tankim perforiranim olovnim limom. Rešetkaste ploče slične su pozitivnim pločama, a otvori su ispunjeni aktivnom masom za negativne elektrode. Aktivnoj masi negativnih ploča dodaje se barijev sulfat i čađa kao punilo, da ne nastane osjetljiva promjena u volumenu i da masa pri procesima ostane porozna. Pozitivne ploče u nabijenom stanju predstavljaju PbO₂ i pokazuju mrku čokoladnu boju, a negativne ploče predstavljaju spužvasto olovo i pokazuju svoju olovnu boju. Površinske ploče ili ploče tipa Planté s velikom površinom traju dulje, proporcionalno debljini, odnosno težini ploče. Osnovne olovne ploče služe kao vodiči električne struje i rezervni materijal za dobivanje nove aktivne mase u toku rada akumulatora. One se upotrebljavaju obično u akumulatorima, kod kojih težina i dimenzije nemaju osobitog značenja. To je slučaj kod akumulatorskih stanica, električnih željeznica, laboratorija i sl. Kod ploča s aktivnom masom ili ploča tipa Fauer, za razliku od gornjih ploča, služi rešetka kao vodič električne struje do aktivne mase i nosač aktivne mase u njenim otvorima. Te ploče moraju biti dovoljno čvrste, rešetkast dio mora biti otporan prema kiselini. Osim toga potrebna je dobra električna vodljivost aktivne mase. Antimonirano olovo, od kojeg su izrađeni okviri rešetke i jezgre kod svih vrsta ploča ispunjenih aktivnim masama, sastavljeno je od 6—12% antimona i čistoga olova. Antimonirano olovo ima to svojstvo, da ga sumporna kiselina ne nagriza, te prema tome služi isključivo kao nosač aktivne mase i vodič struje do nje.

Kapacitet akumulatora. Kao daljnja karakteristika akumulatora ima se smatrati i njegov kapacitet. Pod kapacitetom akumulatora razumijeva se količina elektriciteta izražena u kulonima ili amper-satima, koja se može dobiti iz akumulatora kod konstantne normalne vrijednosti jačine struje izbijanja, tako da vrijednost napetosti ne padne ispod prije utvrđenih vrijednosti. Kapacitet se izražava C = I x t Ah ili Cb i predstavlja umnožak jačine struje izbijanja i duljine vremena izbijanja. Kapacitet akumulatora je promjenljiva veličina, a ovisi o jačini struje izbijanja. Kapacitet pada kod jače struje izbijanja od normalne, a kod manje raste. Obično se kapacitet akumulatora svodi na određene vremenske razmake, i to na 1, 2, 3, 5, 7,5 i 10 sati (sl. 3). Kod određenog akumulatora, bez obzira na jačinu struje izbijanja, predstavlja kapacitet u drugom mjerilu ustvari sposobnost nagomilavanja elektriciteta, a ta ovisi o veličini površine, odnosno o količini aktivne mase. Kod površinskih ploča ovisit će o površini i debljini aktivnog sloja ploče, a kod rešetkastih ploča s aktivnom masom zavisit će od površine ploče i količine aktivne mase. Kapacitet kod površinskih ploča raste određeno vrijeme s upotrebom, a onda počinje padati s padanjem debljine aktivnog sloja zbog krhkosti, dok kapacitet kod ploča s aktivnom masom pada postepeno upotrebom zbog smanjivanja količine aktivne mase. Ta električna veličina kod određenog akumulatora ovisi o osnovnoj fizikalnoj pojavi, t. j. o sposobnosti difuzije elektrolita u porama aktivnih masa elektroda, kao i o brzini difuzne izmjene koncentriranog i rjeđeg elektrolita, jer o tome ovisi u prvom redu brzina zbivanja elektrokemijskih i elektrolitskih procesa. U drugom redu ona ovisi o količini aktivne mase, koja ulazi u elektrokemijski proces. Od prvog zavisi visina električnog potencijala elektroda, a s tim u vezi elektromotorna sila, odnosno napetost na stezaljkama, a od drugog zavisi kapacitet akumulatora, odnosno pojedinih ploča. O difuziji ovisit će brzina, kojom će se u procesu nabijanja stvarati sumporna kiselina, a kod procesa izbijanja voda. Difuzija se mijenja iz više razloga. Jedan je od glavnih, što se sitne pore aktivne mase na pozitivnoj ploči smanjuju, jer je masa nastalog molekula olovnog sulfata za jedan i po puta veća od molekula olovnog superoksida na pozitivnoj ploči, a tri puta veća od molekula olova na negativnoj ploči. To je razlog, da se zatvore ili suze sitni otvori u aktivnim masama i time poveća otpor difuzije. Isto tako će o koncentraciji elektrolita ovisiti električna napetost, a o količini koncentriranog elektrolita ovisit će, da li će puni kapacitet akumulatora doći do izražaja. Kapacitet akumulatora se u izvjesnoj mjeri mijenja s temperaturom elektrolita: povećava se povećanjem temperature, a smanjuje se padom temperature elektrolita. Otuda i izvjesna razlika u kapacitetu jednog akumulatora kod iste jačine struje izbijanja zimi i ljeti.

Stupnjevi korisnosti. Akumulatori su karakterizirani i sa dva stupnja korisnosti, i to: a) količinski (stupanj korišćenja) ili η Ah = Ah izb 100%/Ah nab, koji je izražen omjerom ukupne količine elektriciteta, dobivenog kod izbijanja prema cjelokupnoj količini elektriciteta kod nabijanja. Taj iznosi oko 94 do 96%, a ovisi o veličini akumulatora i o kvalitetu njegove izradbe; b) učinski stupanj korišćenja ili η wh = Wh izb/Wh nab, koji je izražen omjerom ukupne iskorišćene električne energije iz akumulatora kod izbijanja i ukupne dovedene količine energije kod nabijanja. Taj se kreće oko 75%. Razlika između ta dva stupnja korisnosti pojavljuje se, jer je stupanj učinka ovisan ne samo o jačini struje izbijanja i nabijanja, nego i o velikim promjenama vrijednosti električne napetosti između procesa nabijanja i izbijanja, dok je količinski stupanj isključivo ovisan o količini elektriciteta, koji dolazi u obzir kod nabijanja i izbijanja. Gubici u količini elektriciteta i u količini energije za vrijeme procesa nabijanja i izbijanja proizlaze iz Jouleovih gubitaka zbog nastale topline prilikom prolaza električne struje kroz akumulator, odnosno zbog njegova unutarnjeg električnog otpora i elektrolize vode, jer se time stvaraju mjehurići vodika i kisika pri kraju procesa nabijanja; ti mjehurići ne sudjeluju u kemijskom procesu, nego odlaze neiskorišćeni u zrak, a predstavljaju određenu količinu kemijske energije, koja se može očitovati eksplozijom određene mješavine, nazvane praskavac. Zbog nastale Jouleove topline kod nabijanja i izbijanja, a pogotovo, ako se tu radi s mnogo jačim strujama od normalne, ne smije se dopustiti da temperatura poraste iznad 40°C. U tom slučaju treba prekinuti proces, dok temperatura elektrolita ne padne na 30° — 35°C za sve akumulatore s drvenim separatorima, a za ostale ne smije prijeći iznad 55⁰C. Stupnjevi korisnog učinka i količinskog učinka za baterije, koje se dulje vremena nalaze izvan pogona, gube u vremenu mirovanja oko 2% svog naboja za svaki protekli dan, što osjetljivo smanjuje spomenute stupnjeve korisnosti. Stvar se pogoršava, ako baterija nije čista, ako članci nisu dobro izolirani, ako kiselina nije čista i sl.

Separatori su izolacione tvari, koje se umeću između pozitivnih i negativnih ploča, da spriječe njihov neposredni dodir i da pritom što manje priječe pristup elektrolita do aktivne mase elektroda i njegovu difuziju. Separatori se izrađuju od različnih tvari, kao što su staklena vuna, staklene cjevčice ili štapići, gumene trake, valovite ploče s rupama od plastičnog materijala ili tvrde gume, cjevčice od tvrde gume ili plastične mase, tanke pločice od bukova, smrekova i topolova drveta i sl. Svaki separator mora udovoljiti nizu zahtjeva, i to: da održi određen razmak između ploča, da ima dovoljnu mehaničku čvrstoću, da bude dobar električni izolator, da omogući dodir što većoj površini elektroda s elektrolitom, da omogući laku difuziju elektrolita u aktivnu masu elektroda, da ne bude nagrizan od elektrolita i da ne stvara nepoželjne kemijske spojeve, koji mogu oštetiti akumulator, i da onemogući kratke spojeve u akumulatoru. Debljina separatora, kao i širina potrebnoga razmaka između ploča, ovisi o veličini akumulatora i njegovoj upotrebi.

Sulfatacija akumulatora je pojava, pri kojoj se olovni sulfat, koji nastaje prilikom procesa izbijanja, ne stvara u sitnoj zrnatoj strukturi, nego u tvrdoj kristalnoj strukturi i time zatvara elektrolitu i putujućim ionima pristup do dubljih slojeva aktivne mase elektroda. Sulfatacija se pojavljuje na površini akumulatorskih ploča kao bijele mrlje, koje priječe prodiranje elektrolita i putujućih iona do aktivne mase ispod tih površina. Ona smanjuje dodir elektrolita i difuziju u aktivnu masu, osim toga smanjuje kapacitet i povećava unutarnji otpor ćelije. Proces sulfatacije vrlo je štetan za akumulator, jer mu naglo smanjuje kapacitet, a s osjetljivo smanjenim kapacitetom akumulator gubi svoju svrhu. Kod pojave sulfatacije potrebno je poslužiti se desulfatacijom. Sulfatacija se pojavljuje često. Tako kod nabijanja i izbijanja s prejakim strujama (mnogo većim od normalno dopuštenih), kod izbijanja akumulatora ispod dopuštenog napona, kod nutarnjih ili vanjskih kratkih spojeva akumulatora kao cjeline, pojedinih ćelija ili pojedinih ploča unutar ćelije, kod upotrebe elektrolita s mnogo većom gustoćom od propisane, kod lokalnih izbijanja zbog nečistoće u elektrolitu ili izvan ćelije, kod prepuštanja baterije da dulje vremena miruje bez nadzora, kod povremenih izbijanja i nabijanja.

Specifični kapacitet. Potrebno je istaći pojam specifičnog kapaciteta; taj pojam označuje broj amper-sati i wat-sati, koji otpadaju na jedinicu težine akumulatora. Taj se razlikuje u ovisnosti o upotrebi i vrsti ploča, a kreće se oko 4—4,5 Ah/kg i 8—9 Wh/kg kod stacionarnih baterija, 12—14 Ah/kg i 23—27 Wh/kg kod prijenosnih baterija prilikom normalnog vremena izbijanja. Površina se ploča odabire prema traženom kapacitetu akumulatora, dok se opterećenje kod nabijanja i izbijanja površina ploča strujom kreće između 0,25—0,5 A/dm², Svaki akumulator ima na posebnoj tablici od tvornice propisan postupak kao i propisanu jačinu struje, gustoću elektrolita, vrijednost napona i slično. Na sve to treba točno paziti kod nabijanja i izbijanja akumulatora.

Smještaj. Akumulatorske se baterije smještaju u suhim i dobro prozračenim prostorijama. Kroz njih ne smiju prolaziti željezne cijevi, nosači, konstrukcije i sl. Baterija ne smije biti neposredno izložena sunčanim zrakama. Prostorije moraju biti udaljene od kemijskih i mašinskih uređaja. Mora se zabraniti pristup u prostorije akumulatorskih baterija s otvorenim plamenom, da ne dođe do eksplozije praskavca. Na brodovima se akumulatori smještaju u posebne prostorije, gdje je osigurana dobra ventilacija. Osim toga treba spriječiti da se elektrolit ne razlijeva prilikom nagibanja i valjanja broda. Kod željeznih brodova elektrolit ne smije doći u dodir sa željeznim konstrukcijama broda. Stoga je potrebno obložiti prostorije zaštitnim slojevima ili olovnom pločom. Kod stacionarnih baterija smještaju se ćelije ili baterije na pogodno impregnirane drvene stalke. Posude ćelija su podložene izolacionim podlogama. Ćelije se tako smještaju, da između susjednih ćelija postoji razmak, kako bi se mogla lakše vršiti periodična kontrola.

Održavanje i kontrola akumulatora sastoji se u održavanju čistoće, kako pojedine ćelije i baterije, tako i prostorije, u kojima je smještena. Nadalje se često kontrolira gustoća elektrolita, napetost pojedinih ćelija i baterije kao cjeline. Potrebno je kontrolirati i visinu elektrolita u ćelijama, pratiti boju površine elektroda i eventualnu pojavu sulfatacije, pratiti skupljanje taloga na dnu posude, da se izbjegne unutarnji kratki spoj. Osim toga treba pratiti krivljenje ploča elektroda, pojave kratkih spojeva unutar ćelija i izvan njih, porast temperature prilikom procesa nabijanja i izbijanja, da ne prijeđe iznad dopuštenih vrijednosti i sl. O načinu održavanja kontrole ćelija i baterije ovisi i trajanje akumulatorskih baterija, a ovo zavisi od trajanja elektroda. Trajanje negativnih elektroda obično je dva puta dulje od pozitivnih. Trajanje elektroda izražava se brojem nabijanja i izbijanja, koja izdrže elektrode. Pozitivne ploče elektroda s velikom površinom izdrže do 1000 nabijanja, dok one s aktivnom masom izdrže do 300—500 nabijanja. Negativne ploče traju dvaput dulje. Doba trajanja akumulatora praktički je određeno trajanjem pozitivne ploče, a kreće se za pozitivne ploče 3—5 godina, za negativne 8—10 godina.

Izvore struje za nabijanje ćelija i baterija treba dimenzionirati, uzimajući u obzir maksimalnu vrijednost napetosti pojedine ćelije, koju ćelija postigne pri nabijanju. Nabijanje akumulatora vrši se ili na osnovu konstantne struje ili na osnovu konstantnog napona. Prema tome, koja se metoda nabijanja upotrebljava, potrebno je predvidjeti i prikladne naprave za nabijanje i izbijanje akumulatora, i to posebne uklopke za uključivanje i isključivanje krajnjih ćelija baterije, kao i posebne sheme spajanja generatora i baterije.

Primjena akumulatora je široka. Akumulator se upotrebljava za automobile, avione, motocikle, elektrokolica, električne željeznice, za brodove, podmornice, radiofoniju. Nadalje služe akumulatori kao stacionarne baterije za električne centrale, stanice i podstanice, za telefone i telegrafiju, za signalizaciju u automobilskom saobraćaju i kao prijenosne akumulatorske baterije za različne svrhe. Svaka od tih vrsta baterija ima svoje specifičnosti, koje zahtijeva njena upotreba. Akumulatori se prema tome grade kao baterije s različnim napetostima, različnim kapacitetom i različne težine. Tako se na primjer akumulatori za motocikle grade od 4 ili 6 V kapaciteta od 10—14 Ah i težine od 2—10 kg ; baterije za avijaciju od 12 ili 24V kapaciteta 10—30 Ah, težine od 5—20 kg; baterije za automobile od 6 ili 12 ili 24V kapaciteta od 10—200 Ah i t. d. Kod ovih se akumulatora zahtijeva veći kapacitet po jedinici težine akumulatora. Za stacionarne se baterije često upotrebljavaju površinske ploče; te se baterije grade na napetost i kapacitet, koji odgovaraju potrebama pogona. Akumulatori za potrebe vuče grade se obično od cijevno oklopljenih ili oklopljenih ploča punjenih aktivnom masom. Grade se za napetost, kapacitet i težinu prema zahtjevima, koji se za tu svrhu postavljaju. Dovoljno je istaći, da se kod podmorničkih akumulatora težina svake ćelije kreće od 700—800 kg s kapacitetom od 7000 Ah kod 10-satnog izbijanja ili 4000 Ah kod jednosatnog izbijanja. Baterije za jahte i manje brodove izrađuju se za napetost od 6 ili 12V, a kapacitet im je prema potrebi pogona. Prijenosne baterije grade se obično u staklenim ili gumenim posudama s pločama i aktivnom masom napetosti od 2, 6, 12 i više volti, a kapacitet im je prema potrebi pogona.

Željezno-nikleni akumulator. Pored olovnog akumulatora u praksi se najviše upotrebljava još i Edisonov akumulator. Ćelija se sastoji od posude iz čeličnog lima, napunjene elektrolitom 21% kalijskog hidroksida, specifične težine 1,2, odnosno kalijeve lužine KOH. Elektrode su sastavljene ovako: pozitivna elektroda je niklena i ispunjena aktivnom masom od niklenog hidroksidula Ni(OH)₂, a negativna je od željeznog lima, ispunjena aktivnom masom željeznog hidroksidula Fe(OH)₂ ili kadmijskim hidroksidulom Cd(OH)₂. Kemijski proces nadolazi isključivo kao proces prenošenja hidroksilnih iona s jedne elektrode na drugu u procesu nabijanja i izbijanja, da bi se oksidi rastavili. Elektrolit služi kao most za prenos iona, a ne sudjeluje u procesu.

Proces se zbiva ovako:

2 Ni(OH)₃ + KOH + Fe strelice 2 Ni(OH)₂ + KOH + Fe(OH)₂, kod čega gornja strelica pokazuje proces nabijanja, a donja proces izbijanja.

Napon nabijanja raste od 1,4 do 1,8V, a kod izbijanja pada od 1,4 do 1V. Trajanje nabijanja iznosi od 4—7 sati, a trajanje izbijanja kod iste jačine iznosi od 4—5 sati (sl. 4). Stupanj količinskih korisnosti ηAh iznosi oko 70 do 80%, a stupanj korisnosti učina ηWh iznosi od 50—60%; veće vrijednosti vrijede za veće članke. Specifični kapacitet kreće se oko 24 do 30 Wh/kg. Prednosti Edisonova akumulatora, prema olovnom su ove: podnosi jaka nabijanja i izbijanja, kratke spojeve, dugo stajanje u ispražnjenom stanju, nije osjetjiv na loše rukovanje, mehanički je otporan, postavljen u normalne prilike brzo dobiva svoje normalne karakteristike i traje do 10 godina. Loše su mu strane ove: ima malu napetost i zbog toga je potrebno 30% više ćelija, da bi se dobila ista napetost kao kod olovnog akumulatora. Stoga je ovakva baterija teža od baterije olovnih akumulatora. Radi upotrebe nikla i kadmija mnogo su skuplji.

LIT.: Б. A. Tepчцков, M. M. Koнcmaнmuнoв u И. A. Ceлицкий, Производство свинцових аккумуляторов; B. Kauders, Olovni akumulatori; M. Marchisio, L’elettricità nell’ automobilismo e nell’aviazione; H V. Goetsch, Taschenbuch für Fernmelde-Techniker.Lj. Ba.