Lyijyakku

Auton lyijyakku.

Lyijyakku on akku, jonka elektrodeina on kaksi lyijylevyä, ja elektrolyyttinä noin 37 % rikkihappoa. Lyijyakun kapasiteetti on tavallisesti 2-500 Ah.

Akkuja on erityyppisiä käyttötarkoituksen mukaan:

• Käynnistysakut
• Paikallisakut tai putkilevyakut
• Vapaa-ajan akku

Tyhjän lyijyakun molemmat lyijylevyt ovat peittyneet lyijysulfaatilla (PbSO₄). Ladattaessa katodi peittyy lyijydioksidilla (PbO₂) ja anodi puhdistuu lyijymetalliksi. Yhden lyijyparin nimellisjännite on 2 volttia, ja 12-volttiseen auton akkuun niitä tarvitaan 6 kappaletta sarjaankytkettyinä. Mopoissa ja henkilöautoissa on yleensä 12 voltin sähköjärjestelmä, kun kuorma-autoissa taas tavallisesti 24 voltin järjestelmä, jossa kaksi 12 voltin lyijyakkua on kytketty sarjaan. Teollisuusakut, esimerkiksi trukkiakut, paikallisakut ja sukellusveneen akut, poikkeavat tavallisille kuluttajille myytävistä käynnistysakuista huomattavasti.

Akkutyyppejä

Käynnistysakut on rakennettu antamaan suuria virtoja hetkellisesti. Auton akku voi antaa hetkellisesti jopa 800 ampeerin virran. Käynnistysakkua ei saa purkaa kovin paljon, ja syväpurkaus lyhentää akun elinikää merkittävästi.

Paikallisakku, trukkiakku ja putkilevyakku ovat rakenteiltaan samankaltaisia. Näihin akkuihin on tarkoitus varata mahdollisimman paljon energiaa. Akku ei kykene suuriin hetkellisiin virtoihin, mutta luovuttaa ladattua kapasiteettia paremmin ulos kuin starttiakku.

Paikallisakustoja käytetään varavoimajärjestelmissä mm. puhelinkeskuksissa, leikkaussalin valaistuksessa sekä turvavalojen voimanlähteenä. Täyteen varattuna paikallisakkujen elektrolyyttinesteen eli laimennetun rikkihapon ominaispaino on 1,24 kg/dm³. Kapasiteetti ilmoitetaan 10 tunnin purkausvirralla. Koska akuilta edellytetään toimintavarmuutta ja pitkää ikää, on niiden positiivinen levy putkilevy, jossa on lyijyoksidi murenemiselta suojattu erikoisvalmisteisella sukalla, ja negatiivinen levy on huokoista sienilyijyä. Paikallisakuista otetaan kokoonsa nähden vähemmän kapasitettia ulos kuin trukkiakuista, joiden kapasiteetti ilmoitetaan viiden tunnin purkausvirralla. Rikkihapon ominaispaino täyteen varatussa trukkiakussa on 1,28 kg/dm3. Esimerkkinä trukkiakkua 48 V, 300 Ah, 5 h voidaan purkaa 60 ampeerin virralla viiden tunnin ajan. Paikallisakustojen koot voivat olla hyvinkin mittavia, esimerkiksi 60 V, 2000 Ah/10 h, niitä voidaan purkaa 200 A virralla kymmenen tunnin ajan. Trukkiakkuja varattaessa on huomioitava ympäröivä lämpötila, muussa tapauksessa saattaa akku tulla väärin ladatuksi. Koska varastot, joissa trukit työskentelevät, voivat olla ulkotiloissa, samoin kuin niiden latauspisteet, akkuvaraajat on säädettävä ympäröivän lämpötilan mukaisesti. Mitä kylmemmissä olosuhteissa trukin akku suorittaa sähkökemiallista työtään, sitä korkeampi on kaasuuntumisjännite, jolloin vetykaasua irtautuu elektrolyyttinesteestä. Laturit säädetäänkin monin paikoin talvi- ja kesälämpötilan mukaisesti tarkastajan käynnin yhteydessä.

Elektrokemiallinen reaktio

Tyhjää akkua ladatessa reaktiot ovat:

Anodi (hapettuminen):

${\displaystyle {\mbox{PbSO}}_{4}(s)+5{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}(l)\leftrightarrow {\mbox{PbO}}_{2}(s)+3{\mbox{H}}_{3}{\mbox{O}}^{+}(aq)+{\mbox{HSO}}_{4}^{-}(aq)+2e^{-}\quad \epsilon ^{o}=1.685\ \mathrm {V} }$

Katodi (pelkistyminen):

${\displaystyle {\mbox{PbSO}}_{4}(s)+{\mbox{H}}_{3}{\mbox{O}}^{+}(aq)+2e^{-}\leftrightarrow {\mbox{Pb}}(s)+{\mbox{HSO}}_{4}^{-}(aq)+{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}(l)\quad \epsilon ^{o}=-0.356\ \mathrm {V} }$

Kun akusta otetaan virtaa, nämä reaktiot tapahtuvat päinvastaiseen suuntaan.

Lyijyakun ylilataaminen aiheuttaa veden hajoamisen hapeksi ja vedyksi, jolloin umpinaisessa tilassa vetyräjähdyksen vaara kasvaa.

Lähteet

• Sähkötekniikan Käsikirja, osa kaksi; Akut: Insinööri Olof Tandefelt

Aiheesta muualla

• Kajaanin ammattikorkeakoulu, Paristotekniikat (Arkistoitu – Internet Archive)
• Juha Jokinen: Lyijyakun jännitetaso, 2010 (pdf)
• University of Colorado: Lecture: Lead-acid batteries (Arkistoitu – Internet Archive) (pdf) (englanniksi)