Gel-Batterie kurz erklärt

veröffentlicht am 15. November 2017 in Gut zu Wissen von

Top 3 Gel-Batterien

Die GEL Batterie

Auch die Gel-Batterie ist ein Blei-Akkumulator. Nur ist sie eine spezielle Bauform, bei dem der Elektrolyt, welcher ja normal aus flüssiger Schwefelsäure besteht, mit Kieselsäure gebunden wird. Gel-Batterien sind vollständig verschlossen und zählen somit zu den wartungsfreien (wartungsarmen) Batterien. Durch diese Bauart tritt keine Säureschichtung ein. Ein Kapazitätsverlust durch Entmischung ist hier nicht möglich. Ein wesentlicher Unterschied zu den anderen Batteriearten ist, dass der Innenwiderstand von Blei-Gel-Akku höher ist. Somit ist eine Gel-Batterie zum Beispiel als Starterbatterie ungeeignet, da sie nicht so hohe kurzzeitige Ströme, man nennt sie auch Kaltstartstrom, liefert. Neben diesen spezifischen Eigenschaften gibt es noch weitere Vor- und Nachteile, auf die wir im folgenden Beitrag eingehen.

 

Der Aufbau einer Gel-Batterie

Normale Blei-Säure-Akkumulatoren bestehen in der Regel aus dem säurefesten Gehäuse und den Bleiplatten. Diese dienen dann als Elektroden und die Säure als Elektrolyt. Bei einem Blei-Gel-Akku ist die flüssige Schwefelsäure durch den Zusatz von Kieselsäure gebunden. Die Elektrolyten werden dadurch eingedickt und es entsteht so eine Art Gel. Deshalb werden diese Batterietypen dann als Gel-Batterie bezeichnet.

In der Regel besitzen solche Gel-Akkus eine Kapselung. Diese verhindert jegliches Austreten von Elektrolyten. Blei-Gel-Batterien sind somit eine Sonderform der geschlossenen und gebundenen Bleiakkumulatoren. Diese geschlossene Bauform ermöglicht es, diese Art von Autobatterien leichter zu transportieren und in unterschiedlichen Betriebslagen einzubauen. Sie sind absolut auslaufsicher. Durch die geschlossene Bauform und dem gebundenen Elektrolyt sind Gel-Batterien nahezu wartungsfrei.

Zu beachten ist allerdings, dass Blei-Gel-Akkus über ein eingebautes Ventil verfügen. Somit gast dieser Batterietyp aus. Diese Batterien gehören somit zu den „Ventil regulierten“ Blei-Säure-Batterien („Valve Regulated Lead Acid“; kurz: VRLA-Batterie). Es können aber bei diesen Akkus trotzdem eingezogene Wände nach der Entladung und ausgebauchte Wände nach der Ladung auftreten. Die VRLA-Batterien unterscheidet man zum einen die Gel-Batterie und zum anderen die AGM-Batterie. Im Unterschied zu Gel-Batterien enthalten AGM-Batterien jedoch Säure als Elektrolyt, die in einem Micro-Glas-Vlies (Blei-Vlies-Batterien) gebunden ist. Für mehr Informationen über die AGM-Batterie gibt es HIER.

 

Wie funktioniert so eine Gel-Batterie?

Bei der Gel-Batterie lagern sich im neutralen, entladenem Zustand auf beiden Elektroden eine Blei-Sulfat-Schicht ab. Im aufgeladenem Zustand bilden sich dann eine positive Elektrode mit Bleisulfat und eine negative Elektrode mit porösem Blei, dem sogenannten Bleischwamm. Wenn dieser chemische Vorgang nun durch das Laden oder Entladen der Batterie in Bewegung versetzt wird, dann entsteht elektrische Energie.

Eine Gel-Batterie hat andere Ladeeigenschaften und Sie benötigen hiefür eventuell ein spezielles Ladegerät. Bei diesem Batterieladegerät steuert der Laderegler dann den Ladevorgang und sorgt für das notwendige Ladeverfahren. Hierbei soll vor allem eine schädliche Überladung vermieden werden, bei dem es zur Ausgasung kommt. Das ist wichtig, da bei geschlossenen Gel-Batterien die durch die Ausgasung entstandenen Verluste nicht einfach aufgefüllt werden können.

 

Lade- und Entladevorgang bei Gel-Batterien

Wenn eine normale Blei-Säure Autobatterie geladen wird, spaltet der Ladestrom an der negativen Elektrode Wasserstoffgas sowie an der positiven Elektrode Sauerstoffgas ab. Hierbei entsteht ein Gasgemisch, dass dann aus der Zelle und somit Autobatterie entweicht und ein Wasserverlust eintritt.

Bei einer Gel-Batterie sieht das dann ganz anders aus. Bei diesem Akkumulator bilden sich feine Risse im Gel, durch die der Sauerstoff leichter zur negativen Elektrode gelangen kann. Dort trifft dieser dann mit den Wasserstoffionen zusammen. Dabei rekombiniert das Ganze wieder zu Wasser. Es bleibt bei diesem Vorgang nur ein ganz geringer Teil als Gas übrig. Dieses kann dann den Akku über das Ventil verlassen. Gel-Batterien sind sehr gasungsarm.

Durch den Elektrolytüberschuss sinkt die Säuredichte während der Entladung bei Gel-Batterien nicht so stark wie zum Beispiel bei den AGM-Batterien. Aber auch hier bestimmt der Grad der Entladung die Lebensdauer des Akkus. Daher empfehlen wir, eine Gel-Batterie nicht mehr als 50% zu entladen. Wenn es zu einer größeren Entladung kommt, sollte diese sehr zeitnah wieder ausgeglichen werden.

 

Anwendungsgebiete von Gel-Batterien

Diese Batterien sind sehr gut dazu geeignet, sie in geschlossenen Räumen aufzustellen. Durch ihre Eigenschaften und der Bauart kann ein solcher Akku gern im unmittelbaren Umfeld von Menschen eingesetzt werden. Durch ihre Wartungsfreiheit und der nicht vorgeschriebenen Betriebslage sind diese Akkus dort sinnvoll, wo ein ständiger Ausbau zu aufwändig und teuer werden würde. Auch in der mobilen Anwendung findet die Gel-Batterie häufig ihren Einsatz. Gerade da, wo es hohe Umweltschutzauflagen gibt, wie zum Beispiel auf Booten und dergleichen.

Im zyklischen Betrieb finden diese Batterien ihre Anwendung überwiegend in elektronischen Fahrzeugen, als Versorgungsbatterie in Wohnmobilen, Booten und auch in Rollstühlen. Im Dauerbetrieb finden sie ihre Anwendung in Solaranlagen, aber auch in Notstromanlagen.

Blei-Gel-Batterien zählen zu den schwersten Speichern auf dem Markt. Der Hauptgrund hiefür ist, dass diese im Vergleich zu anderen Stromspeichern deutlich komplexer aufgebaut sind. Bei diesen Akkus findet man eine dickere Wandstärke des Gehäuses vor, es werden andere Bleilegierungen und Sicherheitsventile verarbeitet. Die Energiedichte liegt bei diesen Batterien bei 30 WH/kg. Im Vergleich dazu liegt die Energiedichte bei den Lithium-Ionen-Varianten Energiedichten von bis zu 190 WH/kg.

 

Neben dem Gewicht gibt es aber noch weitere Unterschiede

Ein Blei-Gel-Akku wird als Stromspeicher für Solar häufig mit einer kalendarischen Lebensdauer von bis zu zehn Jahren angegeben. Was in unseren Augen schon optimistisch ist. Eine Lithium-Ionen-Batterie dagegen weist häufig eine Lebensdauer von 15 Jahren auf. Und das ist realistisch. Die Ladezyklen einer Gel-Batterie sind wesentlich weniger. So ca. die Hälfte der Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Die Entladetiefe liegt bei den Gel-Batterien bei maximal 50%. Auch hier weist eine Lithium Batterie wesentlich tiefere Entladungsmöglichkeit vor.

Um einen vollen Ladezyklus bei einer Blei-Gel-Batterie durchzuführen, benötigt man acht Stunden und mehr. Dies kann in den Wintermonaten zu Problemen führen, wenn die Batterie als Stromspeicher für Solar eingesetzt ist. In dieser Jahreszeit kommt einfach nicht genug Sonnenenergie. Dazu noch der Eigenverbrauch und schon reicht es nicht mehr aus, einen kompletten Ladezyklus durchlaufen zu lassen. Und genau da liegt das Problem! Werden die Akkumulatoren über einen längeren Zeitraum nicht vollgeladen, leidet die Lebensdauer und auch die Kapazität darunter. Hier können die Lithium-Ionen-Batterien voll überzeugen, denn diese brauchen wesentlich weniger Zeit um geladen zu werden und nehmen auch die Ladezyklen leichter. Somit hat man mit diesen Batterien im Winter einen erheblichen Vorteil und keine Probleme.

Für eine Nutzung als Solarstromspeicher spricht hingegen die Wartungsfreiheit, die Lageunabhängigkeit beim Einbau und der Preis. So eine Lithium-Ionen-Batterie ist schon wesentlich teurer in der Anschaffung. Dies ist aber relativ, wenn man die Lebensdauer betrachtet.

 

Gel-Batterie und AGM-Batterie, die Unterschiede

AGM-Batterien werden oftmals mit Gel-Batterien gleichgesetzt. Dies kommt auch von Seiten der Hersteller. Sie bewerben (vorsätzlich) die Batterien falsch. Hier muss man aber die Anwendungsgebiete beider Batterietypen betrachten. Die AGM-Batterien wurden hauptsächlich für Starterzwecke und insbesondere für Anwendungen mit sehr vielen Verbrauchern entwickelt. Bei einem Einsatz als Stromspeicher muss man beachten, das diese Batterien aufgrund ihrer Konstruktion einen sehr hohen Kaltstart haben und lange nicht so zyklenfest sind. Eine Tiefentladung ist sehr oft das Ende der AGM-Batterie. Wie so oft kommt es auf den Verwendungszweck an. Werden diese Batterien falsch eingesetzt, beeinflusst das sehr stark die Lebensdauer.

 

Vorteile der Gel-Batterie

Ein Blei-Gel-Akku bringt ein paar entscheidende Vorteile mit sich, die bei der Kaufentscheidung und Wahl der passenden Speicherlösung helfen können.

 

  • Blei-Gel-Batterien sind in der Lage, sehr hohe Stromstärken zu erzeugen (hohe Leistungsspitzen)
  • Die Blei-Gel-Batterie ist die kostengünstigste Speicherlösung im PV-Bereich
  • Die Blei-Gel-Batterie ist besonders robust aufgebaut. Das macht sie wartungsarm und besonders belastbar

 

Nachteile der Gel-Batterie

Selbstverständlich gibt es aber auch eine Reihe Nachteile, die beim Einsatz einer Blei-Gel-Batterie auftreten können.

 

  • Verglichen mit Lithium-Varianten hat die Blei-Gel-Batterie ein wesentlich höheres Gewicht
  • Temperaturen von über 45 Grad verträgt der Blei-Gel-Akku nicht wirklich gut, eine Zusatzkühlung muss her
  • Die Lebensdauer in der PV-Anlage liegt nur bei knapp 10 Jahren, Lithium-Varianten schaffen mindestens 15 Jahre

 

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