Wat is stratificatie bij een loodaccu?
Stratificatie betekent dat het zwavelzuur en water in het elektrolyt van een natte loodaccu niet meer gelijkmatig verdeeld zijn. De zuurconcentratie wordt onderin de accu hoger dan bovenin. Daardoor worden de platen niet meer over hun hele oppervlak onder dezelfde omstandigheden gebruikt en kan de accu ongelijkmatig verouderen.
Wat is stratificatie?
In een goed geladen natte loodaccu hoort het elektrolyt zoveel mogelijk een gelijkmatige samenstelling te hebben. De concentratie zwavelzuur is dan over de hoogte van de cel ongeveer gelijk verdeeld.
Tijdens het laden wordt opnieuw zwavelzuur gevormd. Dat zuur is zwaarder dan het waterrijkere elektrolyt eromheen en heeft daardoor de neiging naar beneden te zakken. Wordt de vloeistof niet voldoende gemengd, dan ontstaat geleidelijk een verschil: relatief zuurarm elektrolyt bovenin en zuurrijk elektrolyt onderin.
Dat verschil in zuurconcentratie noemen we stratificatie. Het is dus niet simpelweg een kwestie van een stilstaande accu waarin zuur en water vanzelf uit elkaar zakken. Het laadproces vormt opnieuw zwavelzuur en zonder voldoende menging kan het zwaardere, zuurrijkere elektrolyt zich onderin concentreren.
Waarom is stratificatie ongunstig?
De platen lopen van boven naar beneden door de cel. Als de zuurconcentratie over diezelfde hoogte verschilt, werkt niet ieder deel van de plaat onder dezelfde omstandigheden.
Onderin is meer zwavelzuur beschikbaar en vindt relatief meer chemische activiteit plaats. Het onderste deel van de platen wordt daardoor zwaarder belast. Bovenin is de zuurconcentratie juist lager en levert dat deel van de plaat minder bijdrage. De plaat wordt zo ongelijkmatig gebruikt en kan ook ongelijkmatig verouderen.
Op langere termijn kan dit onder andere corrosie en verlies van actief materiaal bevorderen. In het zuurarmere bovenste deel kan bovendien sulfatering een rol gaan spelen. Stratificatie is daarmee niet hetzelfde als sulfatering, maar beide verschijnselen kunnen wel naast elkaar voorkomen.
Wanneer ontstaat stratificatie?
Vooral natte loodaccu’s die langere tijd niet volledig worden geladen zijn gevoelig. Denk bijvoorbeeld aan een startaccu die voornamelijk korte ritten maakt, een cyclische accu die steeds gedeeltelijk wordt bijgeladen of een accu die langere tijd stilstaat.
Het probleem is daarbij niet dat een accu één keer geen 100% bereikt. Het gaat vooral om een laadpatroon waarbij het elektrolyt gedurende langere tijd onvoldoende gelegenheid krijgt om weer goed te mengen.
Hoe snel stratificatie ontstaat, hangt onder andere af van de constructie van de accu, het laadregime en de toepassing. Gebruik daarom geen harde SoC-grens waarbij stratificatie zogenaamd ineens begint.
Hoe wordt het elektrolyt weer gemengd?
Bij een natte loodaccu ontstaat tegen het einde van het laadproces gasvorming. De gasbelletjes stijgen door het vloeibare elektrolyt omhoog en brengen de vloeistof daarbij in beweging. Zo kan het zuurrijkere elektrolyt onderin weer met het zuurarmere elektrolyt bovenin worden gemengd.
Technische verdieping
Tijdens het laden van een loodaccu wordt opnieuw zwavelzuur gevormd. Het nieuw gevormde, zuurrijkere elektrolyt heeft een hogere dichtheid en heeft daardoor de neiging naar beneden te zakken.
Wanneer de laadspanning hoog genoeg wordt voor gasvorming, ontstaan gasbelletjes die door het elektrolyt naar boven bewegen. Die beweging veroorzaakt circulatie en helpt het elektrolyt opnieuw te mengen.
Bij een conventionele natte loodaccu ligt het begin van gasvorming rond 2,39 V per cel bij 20 °C, ongeveer 14,34 V voor een 12V-accu. Dit is nadrukkelijk geen universeel laadadvies. De juiste laadspanning, laadduur en laadstrategie hangen af van de accuconstructie, toepassing en voorschriften van de fabrikant.
Ook de constructie speelt een rol. Een hoge tractiecel stelt andere eisen aan de menging van het elektrolyt dan een relatief lage cel.
Bij welke loodaccu’s speelt stratificatie?
Klassieke zuurstratificatie is vooral een verschijnsel van natte loodaccu’s, ook wel flooded accu’s genoemd. Daarin is het elektrolyt vrij vloeibaar en kan zuurrijk elektrolyt zich door het dichtheidsverschil naar beneden verplaatsen.
Bij AGM is het elektrolyt opgenomen in glasvezelmatten. Bij GEL is het door toevoeging van silica gebonden in een gel. Het elektrolyt kan daardoor niet vrij circuleren zoals in een natte accu en klassieke zuurstratificatie speelt daar normaal gesproken niet of veel minder.
Dat verschil is ook belangrijk bij het laden. Bij een natte accu kan gecontroleerde gasvorming bijdragen aan het mengen van het elektrolyt. Bij een gesloten VRLA-accu zoals AGM of GEL is overmatige gasvorming juist ongewenst. Gas dat via het veiligheidsventiel ontsnapt betekent waterverlies dat niet meer kan worden aangevuld.
En EFB?
Een EFB (Enhanced Flooded Battery) is ondanks de modernere constructie nog steeds een natte loodaccu. Stratificatie blijft daar dus een relevant verschijnsel. Sommige EFB-accu’s zijn daarom voorzien van een speciaal mengelement dat de beweging van het voertuig gebruikt om het elektrolyt door de cel te laten circuleren.
Bij bepaalde constructies wordt daarbij onder meer gebruikgemaakt van het Bernoulli-effect. Zo kan voertuigbeweging worden benut om stratificatie tegen te gaan, zonder pomp of andere actief aangedreven onderdelen.
Meer over de opbouw en werking van EFB-accu’s
Hoe is stratificatie vast te stellen?
Stratificatie is van buitenaf niet eenvoudig vast te stellen. Verminderde capaciteit of afwijkend laadgedrag kunnen optreden, maar dezelfde klachten kunnen ook andere oorzaken hebben. Een symptoom is daarom nog geen diagnose.
Bij een natte loodaccu kan de soortelijke massa van het elektrolyt met een hydrometer worden gemeten. Daarbij zit juist bij stratificatie een beperking: vloeistof die bovenin de cel wordt bemonsterd kan een lagere zuurconcentratie hebben dan het elektrolyt onderin. Een lage meting bovenin betekent dus niet automatisch dat de hele cel dezelfde zuurconcentratie heeft.
Ook alleen de accuspanning vertelt niet wat er over de hoogte van het elektrolyt gebeurt. Een spanningsmeting kan stratificatie daarom op zichzelf niet aantonen.
Hoe is stratificatie te voorkomen of te verminderen?
De belangrijkste maatregel is zorgen dat een natte loodaccu volgens het juiste laadprofiel voldoende volledig wordt geladen. Daarbij zijn niet alleen laadspanning en laadstroom belangrijk, maar ook voldoende tijd in de juiste laadfase.
Bij accu’s die daarvoor ontworpen zijn kan een gecontroleerde egalisatielading, ook wel equalization charge genoemd, worden gebruikt. Daarbij wordt bewust verder geladen om de cellen gelijk te trekken en voldoende gasvorming te veroorzaken om het elektrolyt opnieuw te mengen. Dat kan bestaande stratificatie verminderen.
Een egalisatielading is echter geen universele laadstand voor iedere loodaccu. De toegestane spanning, duur en frequentie zijn afhankelijk van de accuconstructie en de voorschriften van de fabrikant.
Vooral bij AGM en GEL is voorzichtigheid nodig. Deze gesloten accu’s kunnen verloren water niet worden bijgevuld. Onnodige of te sterke gasvorming kan daar juist tot blijvende schade leiden.
Stratificatie en sulfatering: wat is het verschil?
De begrippen worden soms in dezelfde context genoemd, maar beschrijven twee verschillende processen.
Bij sulfatering blijft loodsulfaat op de platen onvoldoende terug omgezet, waarna de kristallen kunnen groeien en steeds verder uitharden. Daardoor blijft minder actief plaatmateriaal beschikbaar.
Bij stratificatie raakt juist het elektrolyt ongelijk verdeeld: de zuurconcentratie wordt hoger onderin de cel en lager bovenin.
Ze kunnen wel dezelfde achtergrond hebben. Een natte loodaccu die structureel onvoldoende volledig wordt geladen, krijgt zowel onvoldoende omzetting van loodsulfaat als onvoldoende menging van het elektrolyt. Bovendien kan het zuurarmere bovenste deel van een gestratificeerde cel sulfatering bevorderen.
Ze zijn dus niet hetzelfde, maar kunnen elkaar wel in de hand werken.