(1 hydraulische) zijn door Armstrong uitgevonden inrichtingen tot het opzamelen van mechanisch arbeidsvermogen.
Zij bestaan in de meest gebruikelijke vorm uit een 4 tot 8 m lange cylinder A A van 40 tot 60 cm doorsnede, gevuld met water of glycerine, waarin een zuiger B op en neer kan bewegen, welke met zware gewichten belast is.
Door de buisleidingen F F kan men bij kleine hoeveelheden tegelijk met behulp van een pomp, vloeistof in de cylinder persen, waardoor de zuiger zal rijzen.
Wordt bij iedere zuigerslag van de pomp slechts weinig vloeistof in de cylinder geperst, dan zal dit werk bij doelmatig gekozen afmetingen zelfs door één man kunnen geschieden, al is de zuiger met een groot gewicht van bijv. 6000 kg verzwaard.
Een belangrijke hoeveelheid arbeidsvermogen wordt dus opgezameld, door een zwaar gewicht over een betrekkelijk kleine afstand op te heffen. Deze arbeid kan nu weder worden teruggegeven door de onder druk staande vloeistof in verschillende werktuigen arbeid te laten verrichten. Deze werktuigen kunnen bijv. zijn: hydraulische kranen bij een havenaanleg, liften, smeedpersen, inrichtingen tot het bewegen van sluisdeuren enz.
Daar de druk in de accumulator nooit groter kan worden dan overeenkomt met de belasting van de zuiger, kan het toestel ook als drukregelaar dienst doen.
(2 electrische), afkorting accu, zijn secundaire elementen, die de eigenschap bezitten electrische energie om te zetten in chemisch arbeidsvermogen, dat lange tijd geaccumuleerd blijft in het element. Op ieder gewenst ogenblik kan deze chemische energie, in electrische energie omgezet, weer worden afgegeven. Een accumulator kan op dezelfde wijze worden gebruikt als een galvanisch element, maar als de opgehoopte energie is afgegeven, kan de accu weer worden geladen, hetgeen bij een galvanisch element niet mogelijk is. In de loop der laatste honderd jaar hebben verschillende onderzoekers accumulatoren gemaakt, uitgaande van verschillende metalen.
De werking van de accu komt neer op de omzetting van loodverbindingen. Aan de positieve platen wordt bij de lading loodperoxyde gevormd, terwijl op de negatieve platen fijn verdeeld metallisch lood ontstaat. Men kan deze omzetting in de eenvoudigste vorm voorstellen door de volgende vergelijking:
PbO2 + 2H2S04 + Pb = PbS04 + 2H20 + PbSO4
Links zijn de stoffen aangegeven, die tijdens de lading ontstaan, rechts komen de stoffen voor, die tijdens de ontlading worden gevormd. Na ontlading heeft zich het loodperoxyde van de positieve plaat en het fijn verdeelde lood van de negatieve plaat omgezet in loodsulfaat. Bij de lading wordt het loodsulfaat weer omgezet en ontstaat op de positieve plaat loodperoxyde en op de negatieve plaat ontstaat het sponsachtige metallische lood.
Tijdens de ontlading wordt zwavelzuur verbruikt, waardoor de dichtheid van de vloeistof vermindert; bij de lading wordt wederom zwavelzuur gevormd.
De dichtheid van het zwavelzuur is derhalve afhankelijk van de laadtoestand van de batterijen en de gemeten waarde voor de zuurdichtheid wordt in de practijk beschouwd als de beste controle om vast te stellen of een element geladen of ongeladen is. De gemeten elementspanning geeft in den regel geen juist beeld, daar deze ook sterk beïnvloed wordt door de belasting. Een element, dat met een grote stroomsterkte wordt ontladen, zal een betrekkelijk lage celspanning hebben, ofschoon het element misschien nog nagenoeg geheel geladen is. De dichtheid van het zwavelzuur is voor de verschillende elementsoorten niet steeds gelijk. Voor stationnaire batterijen zal de zuurdichtheid normaal 1.20 bedragen, terwijl een geheel geladen autobatterij een zuurdichtheid van 1.28 heeft.
Voor de zeer uiteenlopende toepassingen van de accumulatoren worden verschillende constructies voor de platen toegepast. Voor stationnaire batterijen, niet aan afmetingen of gewicht gebonden, neemt men platen met lange levensduur, de zgn. groot- oppervlakplaten, die het eerst door Planté omstreeks 1860 werden vervaardigd. Zij zijn voorzien van een groot aantal ribben, waardoor het actief werkende oppervlak toeneemt. De doorsnede laat zien, hoe de werkzame oppervlakte is vergroot.
Op deze plaat ontstaat de actieve massa in de loop van het formatie-proces, waarbij de electroden in een bad van speciale samenstelling gedurende lange tijd worden geladen en ook weer worden ontladen.
De grote accumulatorenfabrieken fabriceren voor de stationnaire elementen eveneens negatieve platen die een zeer lange levensduur bezitten. Deze zijn voorzien van een groot aantal compartimenten of doosjes, afgesloten door geperforeerde roosters, waarin de actieve massa als een deegachtige substantie wordt gebracht. Een accumulator met groot-oppervlak-platen is door afmetingen van de batterijen en gewicht niet geschikt voor een auto. Voor autobatterij en heeft men andere platentypen gemaakt; men gaat daarbij uit van een loden rooster, waarin de actieve massa in de vorm van een pasta wordt gesmeerd.
Deze zgn. roosterplaten zijn het eerst door Faure gemaakt en hebben in de loop der jaren vele wijzigingen ondergaan. Vooral de samenstelling van de massa is door de verschillende fabrieken op grond van laboratorium-onderzoekingen verbeterd.
Iedere fabriek heeft voor roosterplaten speciale recepten, waarbij aan de loodverbindingen speciale bindmiddelen worden toegevoegd, om te verkrijgen, dat de massa niet te snel loslaat en uit de platen valt. In de elementen worden de platen zodanig verenigd tot platen stellen, dat steeds afwisselend een positieve plaat gevolgd wordt door een negatieve plaat.
De beide eindplaten zijn steeds negatieve platen, die, daar zij slechts aan één zijde werkzaam zijn, minder dik zijn dan de overige platen. De platenstellen zijn van polen voorzien, waarmede de elementen onderling verbonden worden. Indien men steeds de positieve pool van het ene element met de negatieve pool van het volgende element verbindt, ontstaat een batterij, waarvan de totale spanning de som is van de afzonderlijke elementspanningen.
De grootte van een element wordt in den regel uitgedrukt in het aantal Ampère-uren, dat kan worden afgegeven. Hieronder verstaat men het product van de ontlaadstroomsterkte in ampères met de tijd in uren. De capaciteit hangt af van de ontlaadstroomsterkte. Zo zal een stationnair element, dat gedurende één uur een stroomsterkte kan geven van 380 ampère, dus bij een één-urige ontlading een capaciteit heeft van 380 ampère-uren, bij langzame ontlading meer capaciteit afgeven.
Bij ontlading in tien uren kan de stroomsterkte 72 ampère bedragen, zodat bij deze ontlaadtijd de capaciteit dan 720 ampère-uren bedraagt.
Tijdens de lading zal de klemspanning van een accumulator geleidelijk stijgen, spoedig na het inschakelen tot 2.1 à 2.15 volt, daarna geleidelijk tot 2.4 volt. Op dat ogenblik treedt aan de platen gasontwikkeling op. Deze spanning is nl. de polarisatie-spanning, waarbij een gedeelte van de stroom het electrolyt zal ontleden, en waterstof en zuurstof worden ontwikkeld. De heftige gasontwikkeling kan tot gevolg hebben, dat de massa in de plaat wordt losgewerkt, terwijl de hiervoor gebruikte energie verlies betekent. Het verdient aanbeveling om bij het begin van gasontwikkeling de laadstroomsterkte te verminderen. Algemeen kan men voorschrijven dat van het begin der gasontwikkeling de laadstroomsterkte niet meer dan de helft van de maximaal door den fabrikant aangegeven Iaadstroomsterkte mag bedragen.
Naarmate de lading nu wordt voortgezet, zal de elementspanning verder stijgen tot ca. 2.7 à 2.8 volt, waarna geen verdere stijging meer merkbaar zal zijn.
Ook zal nu de zuurdichtheid haar hoogste waarde hebben bereikt en niet meer stijgen. Indien nu nog ca één uur wordt geladen, is de lading beëindigd. Zodra wordt afgeschakeld, zal de spanning geleidelijk afnemen en gaandeweg dalen tot ca 2.05 volt, de rustspanning van een geladen cel. Wordt het element ontladen, dan zal de spanning onmiddellijk op ca 2 volt dalen en geleidelijk afnemen tot de eindspanning is bereikt, die ca 1,7 à 1.8 volt bedraagt en afhangt van de laadstroomsterkte. Algemeen gaat men met de ontlading tot 1.8 volt.
Accumulatoren worden in verschillende bedrijven toegepast. De stationnaire batterijen worden gemaakt met capaciteiten tot 15000 amp.uren en vinden veelvuldig toepassing in de electrische centrales voor het bufferen van de netspanning en voor noodbedrijven. Verder treft men in alle telefooninstallaties batterijen aan; in den regel voor een spanning van 24 of 60 volt. In de grote steden vindt men in de telefooncentrales batterijen opgesteld met een capaciteit van 1500 à 2000 amp.-uren. Deze grote cellen worden ingebouwd in houten bakken, welke van binnen met lood bekleed zijn, terwijl ook vele installaties uitgevoerd zijn met bakken van hardgummi-materiaal. Grote inrichtingen, zoals schouwburgen, warenhuizen, ziekenhuizen, hebben ook in den regel een batterij voor noodverlichting, terwijl men ook nog batterijen aantreft voor de zwakstroom-installaties, zoals huistelefoon, brandmelders, signaal-inrichtingen enz.
Een andere toepassing van accumulatoren treft men aan in electrische voertuigen, zoals electrische automobielen, electrische lorries of perronwagens, ook de rijtuigen der spoorwegen hebben batterijen voor de verlichting en voor het leveren van de hulpstroom voor de bedieningsinstallaties.
Een algemeen bekende toepassing is de startbatterij in auto’s. Deze batterijen dienen gedurende korte tijd de grote stroomsterkte te geven voor het starten van de motor, terwijl de batterij tevens stroom moet leveren voor de verlichting en verdere accessoires. De plaatsruimte in de auto is slechts beperkt en daarom worden in auto’s batterijen gebruikt van dunne platen. Toch moet de batterij een behoorlijke capaciteit hebben, terwijl de stroomsterkte bij het starten zeer aanzienlijk is. Voor normale personenauto’s, bedraagt de startstroom 150-200 amp., in de winter zelfs nog meer, terwijl voor grote lastauto’s met Diesel-motoren vaak startstroomsterkten van 300 amp. en hoger worden verlangd.
Deze eisen zijn voor de kleine starterbatterijen zeer hoog en het is dan ook nodig, om ze behoorlijk te onderhouden. Het is nodig, van tijd tot tijd de aansluitklemmen schoon te maken en in te vetten en het zuur te controleren.
Bij alle loodbatterijen bestaat het gevaar, dat het loodsulfaat, dat bij de ontlading ontstaat, en bij de oplading weer opgelost wordt, gaat uitkristalliseren. Er ontstaan dan op de platen duidelijk zichtbare witte kristallen van loodsulfaat, totdat de plaat tenslotte geheel met een witte laag loodsulfaat bedekt is. Dit veroorzaakt in vele gevallen kromtrekken van de platen en scheuren van de roosters en algehele vernieling van het element. De oorzaak van het sulfateren is in den regel onvoldoende lading of geregeld te diepe ontlading zonder voldoende oplading. Ook indien te weinig vloeistof in de cellen aanwezig is en de platen geheel of gedeeltelijk droog komen te staan, kan sulfatatie het gevolg zijn. Daarom moet bij loodbatterijen gezorgd worden, dat het vloeistof-niveau steeds boven de platen staat en dat de batterij niet te lange tijd ontladen blijft staan.
Indien de voorschriften van de batterijfabrikanten worden opgevolgd, is het gevaar voor sulfatatie op de platen gering en kunnen loodbatterijen een zeer lange levensduur bezitten. Voor stationnaire batterijen bedraagt deze in de meeste gevallen tien jaar, soms nog langer. In den regel kunnen de negatieve platen wederom worden gebruikt.
Naast loodaccu’s, waarover wij tot nu toe spraken, bestaan ook andere, ontworpen om gewichtsbesparing te bereiken. Van de verschillende constructies heeft de alcalische nikkel-ijzer of nikkelcadmium batterij de beste resultaten opgeleverd. Zij zijn na veeljarige proefnemingen het eerst gebouwd door Edison en worden in enigszins gewijzigde vorm nog toegepast. De actieve stoffen zijn de nikkelverbindingen, terwijl als electrolyt verdund kaliloog wordt gebruikt. De actieve massa wordt in kleine pakketjes of in buisjes in een vernikkeld stalen raam geperst. De aldus verkregen platen worden met bouten tot platenstellen verenigd en geplaatst in bakken van dun staalplaat. De constructie is tamelijk duur, doch zeer robuust en bestand tegen schokken en stoten. De alcalische accumulatoren, (dikwijls Edison-accumulatoren genoemd), hebben een lange levensduur en vereisen weinig onderhoud (fig. 5). Sulfatatie van de platen treedt niet op en leeg staan is niet nadelig. Wel moeten de platen steeds geheel onder de vloeistof staan, terwijl er angstvallig voor gewaakt moet worden dat in de alcalische accumulator geen zwavelzuur komt of niet bijgevuld wordt met water, waaraan (zoals in de winter dikwijls het geval is), een weinig zuur is toegevoegd.
De spanning van de alcalische cel is minder dan die van de loodcel. Bij het begin van de ontlading is de spanning ca i.3 tot i .4 volt, spoedig dalende tot 1.2 volt. Geleidelijk zakt de spanning nu verder tot i. i volt om daarna spoedig tot 1 volt te zinken en dan geheel af te vallen. Terwijl bij de loodbatterij de spanningsdaling tijdens de ontlading ca. 10 pct bedraagt, is dit voor de alcalische accumulator ruim 20 pct. Ofschoon dit geen groot bezwaar oplevert, moet er bij de keuze van het aantal cellen voor lichtinstallaties rekening mee gehouden worden.
De practijk beperkt zich tot de loodaccumulator met zwavelzuur en de alcalische accumulator met kaliloog als electrolyt.
Een accumulator met broom verbindingen, uitgevonden door den Spaansen pater Almeida, is bij ernstige proeven geen succes gebleken. Hetzelfde geldt voor de zgn. Drumm-accumulator, een alcalische accumulator, waarbij de negatieve platen als zinkelectrode waren uitgevoerd. Deze accumulator had het voordeel van een gunstiger spanning, ca 1.65 volt.
Bij de jodium-accumulator van François Boisier was de positieve pool kool, de negatieve zink, terwijl als electrolyt zink-jodide werd gebruikt. Zij had edh spanning van 1,2 volt, doch bleek een zeer grote zelfontlading te hebben.
In de laboratoria worden nog steeds verdere onderzoekingen gedaan.
IR O. A. TEN HOOPEN
Lit.: G. W. Vin al, Storage Batteries (New York and London); L. G. Dunn, Storage Battery Manual, United States Naval Institute, Annapolis, Maryland; Crennell and Lea, Alkaline Accumulators (London); T. E. Kretzschmar, Die Krankheiten des Bleiakkumulators (München-Berlin 1928); L. Jumeau, Accumulateurs Electriques (Paris 1928); G. W. Marshall, Electric Vehicles (London); W. Bermbach, Die Akkumulatoren (Berlin 1929); Manuel Pratique des Batteries de Demarrage (Paris); K. Bruinsma De Loodaccumulator (Deventer).
