Accumulator - Element, waarin chemische energie is opgehoopt, die er als electrische energie in den vorm van een electrischen stroom aan onttrokken kan worden, doch die er, na verbruikt te zijn, weer aan kan worden teruggegeven door er een stroom van buitenaf doorheen te leiden. Een a. is te beschouwen als een gepolariseerd element (zie ELECTROMOTORISCHE KRACHT).
De eerste a. is geconstrueerd door Planté in 1860; deze bestond uit twee looden platen, in verdund zwavelzuur gedompeld, die, om ze inderdaad bruikbaar te maken, een lang formeeringsproces moesten doormaken. Daartoe werd er eerst een stroom doorheen gezonden, waardoor de anode tot loodsuperoxyd, Pb02, werd geoxydeerd, terwijl de kathode van alle oxyd gezuiverd werd. Door de richting van den stroom vervolgens om te keeren werd het loodsuperoxyd gereduceerd tot lood, dat een eenigszins sponsachtige massa vormde, terwijl de andere plaat gedeeltelijk in superoxyd werd omgezet. Door deze bewerking vaak te herhalen werden beide platen tot op zekere diepte poreus. In dezen toestand was de duur van den polarisatiestroom, die verkregen kon worden, nadat de poreuze loodmassa van de eene plaat tot superoxyd was geoxydeerd, en deze vervolgens tot kathode werd gemaakt, aanzienlijk, zoodat er veel energie in den a. kon worden opgehoopt.
Aangezien dit formeeren eene zeer langdurige bewerking was, bezigde Faure sinds 1881 een ander procédé, waarbij de looden platen met menie, Pb3O4, werden bedekt; door een veel korter formeeringsproces werd de menie op de eene plaat tot superoxyd geoxydeerd, op de andere tot lood gereduceerd, waarna de a. voor het gebruik gereed was. Echter hadden deze a. het groote bezwaar, dat de actieve massa (de menie, soms vermengd met loodglit en nog andere stoffen) zeer gemakkelijk van het lood afbrokkelde. Om deze reden is men weer teruggekomen op de methode van Planté, waarbij echter het formeeren versneld wordt door toevoeging van etsende stoffen teneinde het lood eerder in een sponsachtigen toestand te brengen. De tegenwoordige loodaccumulutoren zijn doorgaans vervaardigd volgens de verbeterde methode van Planté; tevens is daarbij gestreefd naar eene zoo(groot mogelijk loodoppervlak.
In geladen toestand bestaat de eene plaat uit lood, de andere voor een groot deel uit loodsuperoxyd. Deze laatste is de positieve electrode, dus bij de ontlading de kathode, de andere de anode. Bij de ontlading bewegen zich de positief geladen waterstofionen naar de kathode, geven daar hunne positieve lading af, en reduceeren tevens het loodsuperoxyd tot loodoxyd, dat zich met zwavelzuur tot loodsulfaat verbindt. De negatief geladen ionen (S04) van het zwavelzuur bewegen zich naar de anode, geven daar hunne negatieve lading af, en verbinden zich met het lood tot loodsulfaat. Bij de lading (waarbij de positieve electrode anode wordt en de negatieve kathode) wordt aan de anode door het negatief geladen ion SO|, dat zijne lading aldaar afgeeft, het in het loodsulfaat aanwezige loodoxyd tot loodsuperoxyd geoxydeerd onder vorming van zwavelzuur, terwijl aan de kathode, waar het positief geladen waterstofion zijne lading afgeeft, het loodoxyd wordt gereduceerd tot lood, eveneens onder vorming van zwavelzuur. Derhalve wordt bij de lading het zwavelzuur aan de electroden geconcentreerd, bij de ontlading verdund.
Dientengevolge verandert het potentiaalverschil tusschen de electroden, dat van deze concentratie afhankelijk is, en wel is het bij de lading grooter, bij de ontlading kleiner dan bij gelijkmatige concentratie van het zwavelzuur het geval zou zijn. Hiervan zal een verlies aan energie het gevolg zijn. Hoe kleiner deze concentratieverschillen zijn, des te geringer is ook het verschil tusschen ladingsen ontladingspotentiaal, dus des te kleiner is ook het energieverlies. De concentratieverschillen kunnen klein gemaakt worden door er eenerzijds voor te zorgen, dat er niet te veel zwavelzuur aan de electroden wordt gevormd resp. onttrokken, dus door de stroomdichtheid niet te groot te maken, andererzijds door te maken, dat het zwavelzuur zich door diffusie spoedig weer kan vermengen, dus door den afstand der platen klein te maken. Zoodoende wordt tevens de inwendige weerstand van den a. klein, waardoor het energieverlies tengevolge van de stroomwarmte verminderd wordt.
De accumulatoren bestaan in het algemeen uit een met verdund zwavelzuur gevulde rechthoekigen bak — bij de kleinere uit glas, hardgummi of celluloid, bij de grooteren uit met lood bekleed hout — waarin om den anderen meerdere + en — platen zonder elkander te raken opgehangen zijn aan breede aangegoten vleugels welke op den bakrand rusten. De beide eindplaten zijn steeds negatieven; de gelijknamigen worden onderling door samensmelting der vleugels of vanen verbonden, en vormen aldus één enkele plaat met een oppervlak gelijk aan de som van de oppervlakken der enkele platen. De platen behooren op eenigen afstand van den bodem te blijven, in de eerste plaats om ze gelegenheid te geven vrij uit te zetten en voorts om te voorkomen dat afgevallen massa eene verbinding tusschen de platen zou vormen. De onderlinge afstand der platen bedraagt circa 1 cM. en wordt verzekerd door rechtop tusschen de platen geplaatste glazen buizen of in den laatsten tijd, beter nog, door geperforeerde ongeveer 1 mM. dikke houten plankjes. Zie fig. 1.
Het verdunde zwavelzuur, dat aan bijzonder hooge eischen van zuiverheid moet voldoen (o. a. absolute afwezigheid van sporen van metaal of chloor), bevat circa 20 % zwavelzuur en heeft S. G. van 1.12 a 1.15, het moet de plaat geheel bedekken en minstens 1 cM. boven den rand staan.
De cellen worden tot batterijen vereenigd door afwisselend de + en — platen der naast elkander opgestelde cellen door aangesmolten loodreepen te verbinden waarbij de vrijblijvende + pool van de eerste en de—pool van de laatste cel de batterij klemmen vormen. Zie fig. 2. Voor de verbinding der cellen mag slechts zuiver lood gebezigd worden, dat in den regel met den knalgasbrander of met den electrischen lichtboog tot smelten gebracht wordt; het gewone zachte soldeer wordt op den duur door de zwavelzuur bevattende gassen verteerd. De batterij wordt in den regel op houten met porcelein of glas geïsoleerde rekken opgesteld in goed geventileerde vertrekken, waarin door de bewerking van vloer of wanden (asphalt of vuurvaste verf) geen nadeelige invloed van zwavelzuur daarop te vreezen is. Het vermogen, de capaciteit, van een cel wordt voornamelijk bepaald door de ?.”■:'/ éi' :
electromotorische kracht en den z.g. inwendigen weerstand. De eerste bedraagt bij de geladen cel ongeveer 2 Volt en daalt bij gebruik eerst zeer langzaam tot circa 1.85 Volt en dan steeds sneller tot volledige uitputting. Bij lading geschiedt het omgekeerde: zeer spoedig wordt 2 Volt spanning bereikt, welke geruimen tijd vrijwel constant blijft om dan sneller te stijgen tot ongeveer 2.65 Volt. Onmiddellijk na het onderbreken der lading daalt die spanning weer tot 2.2 a 2.0 Volt. De genoemde spanningen behooren gemeten te worden, terwijl de normale stroom opgenomen (lading) of afgegeven (ontlading) wordt.
Elke diepere ontlading dan tot 1.85 Volt of afgifte van sterkeren stroom dan waarvoor de cel bestemd is, beteekent eene benadeeling en verkorting van den levensduur, welke bij goede behandeling 8 à 10 jaar kan bedragen. Tijdens de lading begint, zoodra eene spanning van circa 2.2 Volt bereikt is, aan de + platen een zuurstofontwikkeling, terwijl bij 2.25 a 2.30 Volt ook de negatieve platen gas ontwikkelen. Deze gasontwikkeling wordt ten slotte zóó onstuimig, dat men spreekt van „koken” en het zwavelzuur door de vele gasblaasjes melkwit wordt. Zoodra een flinke gasontwikkeling optreedt, wordt een deel van den toegevoerden laadstroom daarvoor verbruikt en is als zoodanig verloren; vandaar dat men van dat oogenblik af den laadstroom vermindert tot /i of 72 Zoodra de spanning van 2,5 Volt — en bij het z.g. overladen, dat om de 2 à 3 maanden behoort te geschieden bij matig of weinig gebruikte cellen, die van 2.65 Volt — bereikt is, wordt de laadstroom onderbroken en de cel circa een uur rust gegeven. Indien dan onmiddellijk na het inschakelen van den laadstroom weer een flinke gasvorming optreedt, is de cel geladen; zoo niet, dan wordt de lading tot aan de|gasvorming voortgezet, onderbroken, rustgegeven, herladen enz., totdat onmiddellijk na het inschakelen gasvorming optreedt.
De inwendige weerstand van de cel zetelt hoofdzakelijk aan het plaatoppervlak en slechts voor een zeer gering deel in de met zwavelzuur gevulde tusschenruimten. Uit het feit, dat die inwendige weerstand vele malen geringer is dan bij de primaire elementen, volgt, dat de accumulator ook veel sterkere stroomen kan afgeven. Cellen van minder dan 10 dll2 plaatoppervlak (elke plaat heeft 2 werkzame oppervlakken!) hebben een weerstand van hoogstens 0,01 Ohm en geven derhalve bij directe kortsluiting ^ |TT = 200 Ampère. Bij de ontlading rekent men gemiddeld voor elke dM2. positief plaatoppervlak 0,08 Ohm weerstand. Tijdens de lading en de ontlading verandert het gehalte van het zwavelzuur; dit wordt n.l. bij de lading grooter, d.w.z. het S.G. neemt toe, en bij de ontlading af; daar deze verandering evenredig is aan de stroomopname of -afgifteheef t men hierin een middel den ladingstoestand te controleeren.
De normale stroomsterkte bij lading en ontlading is tot zekere hoogte willekeurig, mits een zeker maximum niet overschreden wordt; dit maximum hangt af van het type en fabrikaat en wordt berekend naar het plaatoppervlak per dM2. Deze stroomdichtheid (Ampère per dM2) stelt men in het algemeen bij de lading op 0.8, en bij de ontlading op 1 en de ontlading is dan gemiddeld in 3 uur afgeloopen. Vormt men het product van ontlaadstroom in Ampère en ontladingsduur in uren, dan blijkt het aantal ampere-uren toe te nemen, indien de lading (met verminderde stroomsterkte) over langeren tijd verdeeld wordt.
Voor speciale doeleinden (z.g. buffer-batterijen) worden platen vervaardigd, die een veel snellere ontlading toelaten en in 1 uur met een stroomdichtheid van 2.5 ontladen en in 2 uur met 1.7 geladen kunnen worden. Men heeft dit kunnen bereiken door een zeer groot werkzaam oppervlak d.w.z. een groot aanrakingsvlak tusschen massa en zuur.
Maakt men de balans op, dan blijkt men op den duur slechts te kunnen rekenen op terug krijgen van 75 à 80% van dea bij de lading verbruikten stroom.
Een a. blijft het langst in goeden toestand bij voortdurend gebruik en zoo mogelijk dus bij dagelijksche ontlading en lading. Te ver ontladen of te lang in geof ontladen toestand blijven staan is schadelijk, voert tot een hard en brokkelig worden der platen en sterke sulfaatvorming. Verkeert een cel eenmaal in slechte conditie, dan kan vaak verbetering verkregen worden door herhaalde voorzichtige doch diepe ladingen en ontladingen met aanvankelijk zwakke stroomen. De over het algemeen slechte behandeling die de a. van de zijde van de leeken-gebruikers ondergaan, is oorzaak van den korten levensduur en van de weinige betrouwbaarheid, die deze er, zeer ten onrechte, aan toeschrijven. Goed behandeld, behoort de accumulatoren-batterij tot de meest betrouwbare en steeds gereedstaande stroombronnen, welke in de gelijkstroom-centrales eerst een rendabel bedrijf mogelijk maakten.
Wat den plaatvorm betreft, worden tegenwoordig hoofdzakelijk twee typen vervaardigd: de tralieplaat (Gitterplatte) en de z.g. grootoppervlakteplaat, die uit massief lood met een zeer groot aantal insnijdingen bestaat en weer geformeerd wordt, waarbij men echter thans door een vóórformeering (in oplossingen van Natrium-, Kalium-, Fluoorzouten, zwavelig zuur, enz), den formatietijd sterk inkorten kan. Door de insnijdingen ontstaat het groote oppervlak, dat gewoonlijk 6 maal grooter is dan de projectie van de plaat. Voor de negatieve platen worden algemeen nog de tralietypes gebezigd, die met lood-oxyd volgestreken worden en dan bij de eerste lading geformeerd zijn.
Het groote gewicht van den loodaccumulator wordt als een bezwaar gevoeld, vandaar de pogingen om door andere metalen hierin verbetering te brengen. Zoo werden b.v. proeven genomen met een loodzinkaccumalator met als electroden loodsuperoxyd en zink in zinkvitriooloplossing, voorts met den koperzink-accumulator systeemWadell—Entz met electroden uit koperoxyduul en zink of verzinkt staalblik in zink-kaliloog, dat bij lading op 50° C. verwarmd worden moet. Geen dezer constructies bleek in de praktijk te voldoen. Edison gaf een nieuwe combinatie, die in ’t bijzonder voor automobielen aangeprezen werd, omdat de capaciteit in veel geringere mate van laaden ontladingstijd afhankelijk zou zijn. Voor de negatieve plaat worden kleine plaatjes van 7x1 c.M., hydraulisch geperst uit ijzeroxyduul en grafiet, voor de + plaat kleinere uit nikkeloxyduulhydraat en grafiet in vernikkeld staalblikken geraamten ingedrukt en met geperforeerd vernikkeld staalblik opgesloten. De platen staan in met nikkel geplatteerde staalblikken kasten, gevuld met 25% kaliloog. De spanning is slechts 1.25 Volt.
Het is niet waarschijnlijk, dat de Edison-accumulator ooit den lood-accumulator zal kunnen verdringen.
Litteratuur: Schoop, Handbuch der elektr. Akkumalutatoren, Stuttgart 1898; — Elbs, Die Akkumulatoren, Leipzig, 1901; — Zentralblatt für Akkumulatoren-, Elementenund Akkumobilenkunde, Berlin; — Elektrochemische Zeitschrift, Berlin; — Planté, G., Recherches sur TElectricité, deutsch van J. G. Wallentin, Wien 1886; — Elektrotechnische Zeitschrift, 1903 blz. 619.
