Az ólom akkumulátorok kereskedelmi forgalmazása több, mint 100 éves múltra tekint vissza. Ugyanaz a kémiai reakció játszódik le napjainkban is, mint amikor a francia felfedezője Gaston Planté megalkotta 1859-ben (jobbról balra – töltési folyamat) Áramgenerátorok megjelenésével olcsóbb elektromos energiához jutott az ipar, széles körben elkezdték alkalmazni a hidrolízis folyamatát fémek tisztításának céljából (porózus lamellák jelentősen javítják az akkumulátorok teljesítményét az első akkumulátorokhoz képest). Így az akkumulátorok gyártása és használata rentábilissá vált és széles körben elterjedt.

Anód: Katód:

Töltés folyamán, ha már elfogyott az ólom-szulfát a lamellákon, víz hidrolízise következik be, melynek során oxigén és hidrogén képződik és elfogy a víz az akkumulátorból. Ezért rendszeresen ellenőrizni kell az elektrolit szintjét és a koncentrációját az ilyen akkumulátorokban (1,23g/cm³ – 65% víz és 35% sav). A vízveszteség pótlását csak az akkumulátor töltött állapotában szabad végezni magas tisztaságú ioncserélt, vagy desztillált vízzel (folyadéknak kb. 10mm vastagon kell fednie a lamellákat).

Belső szerkezete lamellás, vagyis elektrolittal átitatott szeparátorokkal elválasztott ólomdioxid (ólom-peroxid, anód, -) háló és szivacsos ólom (katód, +) váltja egymást. A gyakorlatban nem tiszta ólomból vannak a lemezek, hanem 1-2% antimont vagy más anyagokat is tartalmazhatnak mechanikus tulajdonságuk javítása céljából, és egyéb felhasználási igényektől függően. Gyártás során az anódot sárga-színű ólom-oxid pasztával töltik fel és “száraz cella” formájában tárolják. Az akkumulátor gyári töltését sósav segítségével végzik. Ilyenkor a sárga ólom-oxid sötétbarna ólomdioxiddá alakul. Ezután már csak le kell cserélni az elektrolitot és használatra kész.

Az ólomsavas cellák energiatárolási képessége 60-100Wh/kg (133Wh/kg elméleti), teljesítménye 160W/kg. Töltött cella maximális feszültsége 2,17V, üzemi feszültség 2V, lemerült cella feszültsége 1,75V min., üzemi hőmérséklet -40 – 40°C (magas víztartalom miatt alacsony hőmérsékleten az akkumulátort magas töltöttségi szinten kell tartani). Önkisülési érteke a celláknak mindössze 3-4%/hó, így a teljesen feltöltött cellák tárolásuk során minimális gondozást igényelnek. Utántöltésüket elegendő nyolc-hónaponként elvégezni 2,35V feszültséggel 6-12 órán át. Hosszadalmas tárolás vagy magas áramokkal való gyakori kisütés esetén célszerű tornáztatni (kisütéssel és töltéssel) a cellákat névleges (1C) értékű árammal.

Akkumulátorok gyengülésének fő okai a lemezeken képződő ólom-szulfát kristályok (dielektrikum) melyek fizikailag csökkentik a reaktív felület nagyságát, és a lamellák korróziója, melynek során a lamellák összeomlanak, feloldódnak az elektrolitban. Összeomlott cellák könnyedén zárlatosak lehetnek vagy a lehulló lamella elemek, vagy az egyre vastagabb rétegben lerakódó ólom/ólomdioxid miatt. Ezért a legjobb eljárás ezen folyamatok ellen, ha mihamarabb újratöltjük az akkumulátort. Ólom-szulfát kikristályosodása már 12,4V (6 cellás akkumulátorra értendő) alatti feszültségnél elkezdődik. Egyes akkumulátortöltők képesek az ólom akkumulátorok kondicionálására. Ilyenkor több órán át nagy áramú, de időben rövid impulzusokat küldenek az akkumulátorba, ezzel eltávolítva a kristályokat a lamellák felületéről. Hőtermelődés miatt célszerű kihűlési szakaszokkal megszakítani a kondicionálást. Hiteles mérési eredmények érdekében, érdemes eltávolítani a lemezek felületi töltését, mely töltés vagy fokozott igénybevétel során alakul ki, és elektrolit koncentrációkülönbségből adódik a lemezek felülete mentén. Ehhez hagyjuk pihenni az akkumulátort 4-12 órán át, vagy járassuk meg egy kicsit (indítómotor használata 15mp-en át vagy fényszóró használata 5 percen át) és 10 percig hagyjuk pihenni.

Töltöttség	Savsűrűség (kg/l)	Akkufeszültség 6P (V)	Fagyáspont (°C)
100%	1,265	12,7	-60
*75%	1,225	12,4	-48
50%	1,190	12,2	-36
25%	1,155	12,0	-26,7
Mélykisütött	1,120	11,9	-23,3

Starter vagy indító ólom akkumulátorok felépítése úgy van kifejlesztve, hogy rövid távon nagy áramot legyenek képesek leadni. Ehhez nagy reaktív felület szükséges, ezért a lamelláik vékonyak és porózusak. Gyenge pontjuk, hogy nehezen viselik a kisütést, ezért gyakori (2-3 hetente) utántöltést igényelnek, hogy ne sérüljenek az elektródák.

Mély kisütésű ciklikus ólom akkumulátorok azzal a céllal lettek kifejlesztve, hogy jól bírják a mély kisüléseket (akár névleges kapacitásuk 80% is képesek leadni) és vastagabb lamellákból épülnek. Olyan alkalmazásokban használják, ahol gyakori a lemerítés és a feltöltés, de viszonylag alacsony teljesítmény leadására van szükség (elektromos járművek, szünetmentes tápok).

Zárt biztonsági szelepes ólom akkumulátorok (VRLA – Valve Regulated Lead Acid) két csoportra oszthatóak: AGM – melynél az elektrolit fel van itatva a lamellák közé helyezett szeparáló réteg anyagába (üvegszálpaplan), illetve GEL technológia esetében az elektrolit gél állagú. A zselés akkumulátorok kapocsfeszültsége 0,2V nagyobb a többihez képest. Mindkét esetben túltöltéskor képződő hidrogén és oxigén a cellán belül rekonbinálódik, a cella rehidratálódik, de szó sincs teljes karbantartás hiányáról, mi több, jobban oda kell figyelni a feszültségi határokra és a töltés áram szintjére, mert a zárt cellákba képződő gázok robbanást is okozhatnak. Ólom-szulfát kristályok zárt cellás akkumulátorokban is képződnek. Nagy előnyük, hogy az elektrolit nem “szabad” ezeknél az akkumulátoroknál, így bármilyen pozícióban felszerelhetők, tárolás során a sav és a víz nem frakcionálódik, és jól bírják a rázkódást is. Gyakran alkalmazzák őket áramforrásként mozgó és fő áramellátó hálózatoktól messze eső telephelyeken vagy tartalékrendszerekben.

AGM(Absorbed Glass Matt) felitatott üvegszálas konstrukció az akkumulátorlemezek között egy bór-szilikát párnát jelent, amely egyéb hasznos tulajdonsága mellett megakadályozza a lemezek közötti vagy alatti cellazárlatot is. Az AGM konstrukciók további előnye, hogy akkor sem szivárog ki belőlük elektrolit, ha az akkumulátor háza megsérül, széttörik. A legtöbb AGM akkumulátor rendelkezik az un. gázrekombinációs képességgel. A hagyományos akkukhoz képest ugyancsak növekszik a kisütés és az újratöltés hatásfoka. Felhasználása a nagy-teljesítményű indító akkumulátoroknál, ciklikus alkalmazásoknál (szünetmentes tápellátás) és napelemes rendszereknél jelentős. A jó minőségű AGM akkumulátorok akkor fogják élettartamuk maximumát nyújtani, ha azokat újratöltik, mielőtt a töltöttségi szintjük 50% alá esik. Ha ezeket az akkumulátorokat 100%-osan kisütjük, akkor az élettartamuk nem lesz több, mint 300 ciklus (300 feltöltés-kisütés). Odafigyeléssel átlagosan 1000 ciklust is elbírnak. Az AGM akkumulátorok töltőfeszültsége nem tér el a hagyományos savas akkumulátorokétól, ezért nem igényelnek speciális akkumulátortöltőt. Mivel ezeknek az akkuknak a belső ellenállása igen alacsony, ezért a töltésük alatt csak minimálisan melegednek. Az AGM akkumulátoroknak ugyancsak alacsony az önkisülése (havi 1-3%), ezért jobban bírják a töltés nélküli tárolást, mint a hagyományos társaik.

GEL – zselés akkumulátor belsőleg annyiban hasonlít az AGM akkumulátorokhoz, hogy az elektrolit itt is meg van kötve. Az AGM akkuban az elektrolit továbbra is folyékony kénsav, csak fel van itatva, míg a zselés akkuban szilika-gél segítségével az elektrolitot elzselésítik. A zselés akkumulátorok töltőfeszültsége kb. 5%-al alacsonyabb, mint a hagyományos savas vagy AGM akkumulátorok esetében (az akku kapacitásának kb. 5%-a). A zselés akkumulátor cella a legérzékenyebb valamennyi típus közül a túltöltésre, amely korai akkumulátor tönkremenetelhez vezet. További hátrány, hogy a zselés akkumulátor teljes feltöltési ideje hosszabb, mint egy hasonló kapacitású hagyományos akkumulátornak (mivel alacsonyabb a töltőfeszültség), a magasabb feszültségű töltés folyamán keletkező gázbuborékok pedig a zselében alacsonyabb akku kapacitást eredményeznek, megrövidítvén így annak élettartamát is. Zselés akkumulátorok igazi felhasználási területe, ahol az akkumulátor kisütése a 100%-os mértéket is eléri. Nem megfelelő akkumulátor töltő használata esetén az akkumulátor korai halála szinte elkerülhetetlen.

Az akkumulátorok szeretik, ha megfelelő karakterisztika szerint töltik fel őket, különösen mély kisütött állapotukból. Ezt az optimális töltési karakterisztikát 3 lépcsős töltési karakterisztikának nevezzük. Ezt a karakterisztikát csak speciális processzor-vezérelt akkumulátortöltők képesek nyújtani.

Az első lépcső a egyenáramú töltés (bulk charging), ahol az akkumulátor a kapacitásának kb. 80%-át visszanyeri maximális áram felvétel mellett (0,20-0,25C nagyságú árammal töltünk, vagyis 7Ah esetén ez 1,4A-t jelent). Amikor a töltés feszültsége eléri a 14,4V-ot, elkezdődik a második fázis, a kímélő töltés (absorption charge). Ilyenkor a töltőfeszültség állandó 14,4V-os értéken marad és a töltőáram folyamatosan csökken az akkumulátor belső ellenállásának növekedése miatt. Amikor az áram értéke eléri a 0,05C (~350-500mA) értéket, az akkumulátor töltöttsége 98% körül jár. Itt elkezdődik a harmadik lépcső, a csepptöltés (float charging), amely kb. 13,4V-os töltőfeszültséggel zajlik alacsony töltőárammal, kíméletesen töltve az akkumulátort. Ezzel az utolsó lépcsővel az akkumulátor töltöttsége eléri vagy megközelíti a 100%-os értéket. A csepptöltés ideje alatt az akkumulátor nem melegszik és a töltöttségi szintje közel 100%-os marad hosszú idejű pihenés alatt is. Megjegyezzük, hogy bizonyos zselés vagy AGM akkumulátorok ettől eltérő karakterisztikát igényelnek. Cséptöltés előtt egyes töltök kiegyenlítési vagy túltöltési eljárást alkalmaznak, melynek során megemelik a töltő feszültséget 15,5-16,25 V-ra, ezzel kiegyenlítve a cellák feszültségét, gézképződéssel megkavarva az elektrolitot, leválasztva a lamellák felületéről a szulfát kristályokat. Ennek a lépésnek a hasznosságáról eltérnek a vélemények és alkalmazását csak ritkán, félévente egyszer ajánlják!

Automata töltési profilok Pb/PbO2, PbCa/Ca és AGM akkumulátorokhoz.

Ha nem áll rendelkezésünkre automata töltő, akkor egy szabályozható tápegység segítségével is fel tudjuk tölteni az akkumulátorunkat ügyelve a következő töltési értékeket:

Akkumulátor típus	Töltés (V)	Cseptöltés (V)	Kiegyenlítés (V)
Elárasztott	14.4	13.2	15.1
Elárasztott karbantartás mentes	14.8	13.4	15.5
AGM	14.4	13.6	15.5
GEL	14.1	13.2	N/A
Mély kisütésű	14.5	13.2	15.8

Mivel a vegyi folyamatok hőmérséklet függőek, némi feszültségkompenzációra lehet szükség, ha a töltési hőmérséklet eltér a normálistól (25°C). A kompenzálás mértéke 2,8-3,3 mV/°C tartományon belül szokott lenni. Ez annyit jelent, hogy például -1,1 °C esetén egy elárasztott akkumulátor töltéséhez 15,2 V feszültség szükséges. Ezt akkor is figyelembe kell venni, ha tárolás során cséptöltéssel kondicionáljuk az akkumulátorokat.

Felmerül még az a kérdés is, hogy mennyi ideig töltsük az akkumulátort? Töltés során sajnos számolni kell energiavesztességre, mely hővé fog alakulni a vezetékeken, érintkezőkön, csatlakozókon. Egy 10%-ban lemerült akkumulátor esetén a töltési idő hozzávetőlegesen egyenlő a visszatöltendő energia ás töltőáram 90%-ának hányadosával. Vagyis egy 40Ah akkumulátor esetén 2A töltőáram esetén (40Ah x 10%)/(2A x 90%)>2h. A teljesen kisütött akkumulátorok hozzávetőleges töltési ideje duplája lesz az akkumulátor névleges teljesítményének és töltési áram hányadosának. Előző példa alapján 2 x 40Ah / 2A ~40h. Ne hagyjuk őrizetlenül az akkumulátort, ha szabályozható tápegységgel vagy manuális töltővel töltjük, hogy ne töltődjön túl az akkumulátor. Kerüljük a gyors-töltők használatát öreg szulfátosodott vagy kisütött akkumulátorok esetén. Ezeket az akkumulátorokat csak kis árammal lehet tölteni. Nagyon fontos, hogy töltésnél során az akkumulátornak nem szabad bugyognia, sem magas hőmérséklet, sem gázképződés miatt!

Az akkumulátorok élettartalma 90%-ban a felhasználó odafigyelésén múlik. Ezért tartsuk az akkumulátort tisztán, szennyezőanyagmentesen, különösen a kapcsoknál, mert a szennyező anyagok vezetőként viselkednek, és megnövelik az akkumulátor önkisülését. Töltés vagy üzemeltetés során ne mozgassuk a csatlakoztatott kábeleket, mert a keletkező szikra esetleg belobbanthatja a felgyülemlett hidrogént. Nyitott akkumulátoroknál érdemes kiegyenlítő töltést végezni cellánként, ha az elektrolit sűrűsége 0.05 egységnyi eltérést mutat. Cellák nyitása és karbantartásakor használjunk gumikesztyűt, szemüveget és köpenyt. Természetesen zárt celláknál nincs szükség ilyen jellegű beavatkozásra. Biztonsági használati előírások szigorúan azt is ajánlják, hogy legyen valaki a közelben, ha nagy ampert leadni képes akkumulátorokkal dolgozunk, legyen előkészítve sok víz és szappan, arra az esetre, ha a sav bőrünkre, ruházatunkra kerülne. Sütőszódával tudjuk semlegesíteni a kiömlött akkumulátor folyadékot, és természetesen ne okozzunk rövidzárlatot, mert az a fémelemek olvadását, akkumulátor robbanását is okozhatja, ezért a fémékszerek levétele szintén ajánlott.