Kurşun asit bazlı aküler 1869 yılında Fransa’da Gaston Plante tarafından icat edildiğinden beri dünyada en yaygın kullanılan akü çeşidi olmuştur. Bunun en temel sebeplerinden biri kurşun madeninin kolay ulaşılabilir ve pahalı olmayan bir kaynak olmasıdır. Diğeri ise kurşun asit akülerin düzinelerce ila yüzlerce amper arasında değişen akımları iletme kabiliyetleridir. Enerji yoğunluğu bakımından lityum temelli akülere göre daha az performansa sahip olsalar da maliyet avantajları sebebi ile enerji yoğunluğunun birincil kriter olmadığı uygulamalarda kullanılmaya devam etmeleri çok güçlü bir ihtimaldir.
Bu paylaşımımızda kurşun asit bazlı akü çeşitlerinin nasıl çalıştığını basit bir şekilde anlatmaya çalışacağız. Bunun yanında kurşun asit bazlı akü çeşitlerinin kullanımı esnasında en sık karşılaşılan sülfatlaşma sorununa değineceğiz.
Kurşun-Asit Bazlı Aküler Nasıl Çalışır? (AGM akü, Jel akü, VRLA akü veya Diğerleri)
Kurşun asit bazlı akülerde bir Kurşun Dioksit (PbO2) pozitif elektrot plaka, bir Kurşun (Pb) negatif elektrot plaka ve su ile seyreltilmiş Sülfürik Asit (H2SO4) elektrolit kullanılır. Pozitif plaka ile negatif plaka arasında sadece iyonların geçişine izin vererek bir nevi membran görevi gören bir de separatör bulunmaktadır. Bu separatör aynı zamanda pozitif ve negatif plakaların birbirine temas etmemesini sağlayarak kısa devre oluşmasını engeller. Elektrolit ise iyonların plakalar arasında hareketini sağlayan iletken madde görevini üstlenir. Kurşun asit bazlı akülerde akünün çeşidine veya tasarımına göre sıvı, kuru veya jel kıvamında elektrolit kullanılabilir.
Kurşun-Asit Bazlı Akülerde Deşarj Reaksiyonu
Dolu bir aküyü yüke bağlayıp deşarj etmeye başladığımızda aküden sağladığımız enerji akü içerisindeki pozitif ve negatif plakalarda gerçekleşen bir takım kimyasal reaksiyonların sonucunda oluşur. Kurşun asit bazlı bir akü yüke bağlanıp (yükümüz bir lamba olsun) deşarj edilirken Sülfürik Asit elektrolit çözeltisi 4 adet pozitif Hidrojen (H+) iyonu ile 2 adet Negatif Sülfat (SO42-) iyonuna ayrılır. Ortaya çıkan Negatif Sülfat iyonlarından bir tanesi negatif kurşun plakaya hareket ederek elektronlarını (e-) plakaya transfer eder. Bu transfer sırasında negatif sülfat iyonu kurşun ile reaksiyona girerek Kurşun Sülfat (PbSO4) kristali oluşturur ve bu kristal kurşun plaka üzerine yapışır. Transfer edilen elektronlar ise yükümüz olan lambanın içinden geçerek pozitif plakaya ulaşır.
Pozitif plakada ise Hidrojen iyonları ile diğer Negatif Sülfat (SO42-) iyonu Kurşun Dioksit (PbO2) ile reaksiyona girerek Kurşun Sülfat (PbSO4) kristalleri ile Su (H2O) oluşumuna sebep olur. Oluşan Kurşun Sülfat kristali negatif plakada olduğu gibi plaka üzerine yapışır.
Özetlemek gerekir ise deşarj reaksiyonu sonucu akü içerisinde Kurşun Sülfat (PbSO4) kristalleri ile Su (H2O) üretilirken elektrolit çözelti içerisindeki Sülfürik Asit miktarı düşer. Akülerin deşarj olur iken voltajının düşmesinin sebebi işte bu Sülfürik Asit miktarının düşerken su miktarının artmasıdır.
Kurşun-Asit bazlı akülerde deşarj reaksiyonunu kimya dilinde aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:
Pb + PbO2 + 2H2SO4 🡺 2PbSO4 + 2H2O
Kurşun-Asit Bazlı Akülerde Şarj Reaksiyonu
Kurşun-Asit bazlı bir akü şarj edilmek üzere bir güç kaynağına bağlandığında ise elektrolit çözelti içerisindeki su 4 adet pozitif Hidrojen (H+) iyonu ile 2 adet negatif Oksit (O2-) iyonuna ayrılır. Negatif Oksit iyonları pozitif plakadaki Kurşun Sülfat kristalleri ile reaksiyona girerek Kurşun Dioksit (PbO2), Negatif Sülfat (SO42-) iyonu ve 2 adet elektron meydana gelmesini sağlar. Bu elektronlar daha sonra negatif plakaya doğru hareket eder.
Elektronların negatif plakaya varması ile negatif plaka üzerindeki Kurşun Sülfat kristalleri Kurşuna (Pb) ve Negatif Sülfat iyonlarına dönüşür. Oluşan bu Negatif Sülfat iyonları ise çözelti içerisinde bekleyen pozitif Hidrojen iyonları ve pozitif plakada daha önce ortaya çıkmış olan Negatif Sülfat iyonları ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucu Sülfürik Asit meydana gelir.
Özetlemek gerekir ise şarj reaksiyonu sonucu plakalar üzerindeki Kurşun Sülfat kristalleri tekrar Sülfürik Aside dönüştürülür.
Kurşun-Asit bazlı akülerde şarj reaksiyonunu kimya dilinde aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:
2PbSO4 + 2H2O 🡺 Pb + PbO2 + 2H2SO4
Kurşun-Asit Bazlı Akülerde Sülfatlaşma Nedir?
Kurşun-Asit bazlı akülerde deşarj esnasında gerçekleşen reaksiyonlar sonucu hem pozitif hem de negatif plaka üzerinde Kurşun Sülfat (PbSO4) kristallerinin oluştuğunu söylemiştik. İşte bu kristallerin plakalar üzerinde kalıcı hale gelmesine ‘Sülfatlaşma’ diyebiliriz.
Sülfatlaşma Neden Olur?
Aküde sülfatlaşmanın meydana gelmesini sağlayan iki temel neden vardır:
- Akünün yetersiz şarj edilmesi: Akünün tam (%100) şarj edilmemesinden dolayı plakalar üzerinde Kurşun Sülfat kristallerinin kalmaya devam etmesi.
- Akünün uzun süre kullanılmaması: Akünün uzun süre kullanılmaması; belirli bir süre şarj-deşarj döngüsünün gerçekleşmemesi plakalar üzerinde Kurşun Sülfat kristallerinin oluşmasına sebep olur.
Sülfatlaşmanın Zararları Nelerdir?
- Yüksek İç Direnç: Plaka üzerindeki kalıcı Kurşun Sülfat kristalleri akü iç direncinin artmasına sebep olur. İç direncin artması da akünün sıcaklığının daha hızlı artması ve voltajının düşmesi anlamına gelir.
- Artan Şarj Zamanları: Sülfatlaşma akülerin olması gerekenden daha uzun sürede şarj edilebilmesine sebep olur.
- Plakalarda Çatlak: Kalıcı hale gelen Kurşun Sülfat kristalleri zaman içerisinde plakalarda çatlaklara sebep olabilir.
Sülfatlaşma Nasıl Engellenebilir?
Kurşun-Asit bazlı akülerde görülen en sık sorunlardan bir tanesi olan Sülfatlaşma akülerin her deşarj sonrası tam şarj edilmesi ile engellenebilir. Bunun yanında Kurşun-Asit bazlı akülerin nasıl saklanması gerektiğine dikkat edilmelidir. Unutulmamalıdır ki uzun süre şarj-deşarj döngüsü olmamış akülerde Sülfatlaşma meydana gelmesi yüksek ihtimaldir.
