De uitvinding van de batterij

De uitvinding van de batterij vond plaats in 1800 door Alessandro Volta. Een batterij bestaat uit meerdere elektrochemische cellen voor het leveren van elektriciteit, die ontstaat door de omzetting van opgeslagen chemische energie in elektrische energie. De voorganger van de batterij was de condensator. Een condensator is een apparaat dat elektrische lading opslaat.

De condensator was een uitvinding van de Leidse hoogleraar Pieter van den Musschenbroeck in 1746, maar een dergelijke uitvinding was een jaar eerder ook al gedaan door de Pruisische Ewald Georg von Kleist. Tegenwoordig noemen we een enkele cel ook een batterij. Een autoaccu is eigenlijk ook gewoon een oplaadbare batterij. In een cel van een batterij worden via een chemische reactie aan de minpool elektronen vrijgemaakt, terwijl tegelijkertijd aan de pluspool via een andere chemische reactie elektronen worden gebonden. Hierdoor ontstaat een potentiaalverschil dat wordt gebruikt om een stroom te laten vloeien door een op de batterij aangesloten component.

Een niet-oplaadbare batterij maakt gebruik van chemische processen die op deze manier niet omkeerbaar zijn, zodat een eenmaal ontladen batterij niet meer opnieuw opgeladen kan worden. Wel zijn er in het verleden niet onverdienstelijke pogingen tot herladen gedaan met bijzondere technieken.

Bij een oplaadbare batterij zijn de chemische processen omkeerbaar: door het aanleggen van een elektrische spanning kan men een elektronenstroom in omgekeerde richting forceren en zullen de chemische reacties dan omgekeerd verlopen: er wordt dus energie opgeslagen.

De auto accu

Een accu bestaat uit een of meer elektrochemische cellen. De cellen kunnen parallel of in serie geschakeld zijn, of een combinatie daarvan. Parallel geschakelde cellen leveren dezelfde elektrische spanning als een enkele cel, maar kunnen een grotere elektrische stroom leveren. In serie geschakelde cellen leveren een hogere spanning, maar kunnen dezelfde stroom leveren als een enkele cel. Veel in de praktijk gebruikte batterijen, zoals de 9-voltbatterij in consumentenelektronica en de 12-voltaccu in auto’s bestaan uit in serie geschakelde cellen. Zowel bij de serieschakeling als bij de parallelschakeling is de opgeslagen energie in de batterij gelijk aan de som van de opgeslagen energie in de afzonderlijke cellen.

De spanning aan de klemmen van een batterij, de klemspanning, is afhankelijk van de ladingstoestand, de inwendige weerstand en de belasting van de batterij. Bij belasting heeft een batterij een lagere spanning dan onbelast doordat de geleverde stroom een spanningsval veroorzaakt over de inwendige weerstand. De inwendige weerstand kan veranderen door ontlading en veroudering van de batterij.

Met de uitvinding van de batterij werd de deur geopend naar vele vervolguitvindingen waarbij batterijen beter van kwaliteit werden en meer en langer energie konden opslaan. Ook kwam er een oplaadbare batterij en meerdere varaties met verschillende chemische samenstellingen.

De loodaccu

De loodaccumulator is een oplaadbare galvanische cel. Dit type accu is in 1859 uitgevonden door de Franse natuurkundige Gaston Planté, en is een van de oudste accutypen. Tegenwoordig is de loodaccu nog altijd het meest gebruikte type startaccu in auto’s. Loodaccu’s kunnen in korte tijd hoge stroom leveren en dat is wat je nodig hebt als je je auto wilt starten.

De accu zoals die gebruikt wordt in auto’s bestaat uit een aantal cellen die in serie zijn geschakeld. Iedere cel bestaat uit twee loodplaten waarvan er één bedekt is met lood(IV)oxide. De accu is gevuld met een oplossing van verdund zwavelzuur die dienst doet als elektrolyt.

Aanbevolen wordt om een startaccu van een auto niet verder dan 20% te ontladen. In auto’s met een verbrandingsmotor wordt daaraan voldaan: na de hoge stroom om de automotor te starten wordt de accu snel weer opgeladen door de dynamo. Startaccu’s hebben relatief veel en dunne loden platen. De capaciteit van een startaccu gaat sterk achteruit door sterk ontladen en weer laden, ten gevolg van sulfatering. Bij sulfatering ontstaat een harde, onoplosbare laag op de elektroden, die niet elektrisch geleidend is. Hierdoor zal de accu op den duur vervangen moeten worden. Wanneer een auto dus lang stil staat, is het goed om er een druppelaar aan te hangen zodat de accu goed opgeladen blijft.

Accuproblemen in de winter

Accu’s werken volgens een eenvoudig concept. Ze hebben een positieve en negatieve elektrode, waartussen ionen bewegen. Bij het opladen bewegen deze ionen naar de negatieve kant van de batterij en nemen daarbij elektronen mee. Bij gebruik keren de ionen in de batterij terug naar de positieve kant, terwijl de elektronen worden afgegeven aan het apparaat. Op deze manier wordt de auto van stroom voorzien en kun je bijvoorbeeld je auto starten.

Wanneer in de wintermaanden de temperatuur daalt, wordt gaat dit proces moeizamer. Door de kou gaat de interne weerstand van batterijen namelijk omhoog, waardoor de ionen moeilijker door de accu kunnen bewegen. Doordat er minder elektronen worden afgegeven door de accu, levert de accu moeilijker de benodigde energie die nodig is met als gevolg bijvoorbeeld startproblemen.