Säureschichtung - wesentliche Ursache für Versagen von Autobatterien

Leistungseinbußen bei Autobatterien von mehr als 40 Prozent in nur wenigen Monaten verursacht ein lange Zeit verkanntes Phänomen. Es ist zugleich eine der wesentlichen Ursachen für schwache Autobatterien und Fahrzeugpannen: Die Säureschichtung in Batterien, auch Stratifikation genannt.

Säureschichtung in Batterien bringt den elektrochemischen Prozess in den Akkus aus dem Gleichgewicht - im oberen Teil überwiegt das Wasser, im unteren die Schwefelsäure. Die Folgen: Aktive Ladungsfläche der Batterie geht verloren, die Leistung der Akkus bricht massiv ein. Zusätzliche Sekundäreffekte schädigen die Batterien durch überhöhten Verschleiß und verkürzen die Lebensdauer.

"Das Phänomen und die Folgen der Säureschichtung wurden lange Zeit von der Industrie unterschätzt", sagt Dr. Günther Bauer, Entwicklungs-Chef von iQ Power, einem Unternehmen, das sich mit Batterieforschung sowie Energiemanagement im Automobil befasst. "Die nachteiligen Effekte treten hierbei besonders rasch und intensiv in solchen Fahrzeugen auf, deren Batterien durch moderne Bordnetze mit ihren vielen elektrischen Verbrauchern stark belastet werden", erklärt Bauer. Die Folgen: Bereits nach einer kurzen Einsatzdauer von nur drei bis sechs Monaten zeigen übliche Autobatterien massive Einbußen von bis zu 40 Prozent und mehr ihrer ursprünglichen Nennleistung (Nennkapazität), die üblicherweise in Ampere-Stunden (Ah) angegeben wird.

So zeigt beispielsweise eine fabrikneue 100Ah-Batterie, wie sie heute in Oberklasse-Fahrzeugen verwendet wird, nach nur wenigen Monaten Einsatz in einem entsprechenden Fahrzeug nur noch die Leistung einer deutlich schwächeren 60Ah-Batterie. Je nach Fahrgewohnheiten (Fahrprofil des Automobils) und dem Gebrauch von elektrisch betriebenen Komfortfunktionen durch den Fahrer kann es zu Energiemangel und dem Ausfall des gesamten Fahrzeugs kommen.

Totes Blei in der Batterie

In den Batteriezellen führt die unterschiedliche Dichte des Elektrolyten (Säuredichte) zu einem erheblich eingeschränkten Ladungsaustausch zwischen den Bleiplatten der Batterie. Vor allem im unteren Bereich der Platten verhindert die dort hohe Säurekonzentration, dass sich beim Laden der Batterie das Bleisulfat wieder vollständig in Blei und Bleioxid umwandelt. Bei jedem weiteren Zyklus verstärkt sich dieser Effekt - die Batterie erlahmt gewissermaßen von unten her. Die Folge: Die Batterie kann immer weniger Energie speichern als ihre Nennkapazität angibt. Zugleich verursacht die hohe Säurekonzentration eine Korrosion der Bleigitter im unteren Bereich, die Batterie stirbt ab. "Totes Blei" nennt die Branche im Fachjargon die nicht mehr aktive Masse. Bei unverändert hohen elektrischen zyklischen Lasten im Bordnetz durch die Komfortverbraucher unterliegt das aktive restliche Blei nun einer erhöhten spezifischen Stressbelastung. Das führt zu vermehrtem Verschleiß. Die Lebensdauer der Batterie sinkt.

Die sich überlagernden und gegenseitig beeinflussenden vielen elektrochemischen Prozesse, die in einer Autobatterie ablaufen, sind hochkomplex, sagt Günther Bauer. Kommen hierzu noch die negativen Einflüsse hinzu, wie sie hohe Temperaturen im Sommer oder Kälte im Winter auf die Elektrochemie ausüben, sind Batterien mit ihrer Leistung rasch am Ende. So fördern hohe Temperaturen im Sommer den Verschleiß, während Batterien bei Kälte nur noch widerwillig Ladung aufnehmen und verhungern.

Abhilfe: Die Ursachen beseitigen

Derartige Verluste in der Leistung müssen nicht sein. "Die Performance heutiger Autobatterien lässt sich deutlich steigern, wenn man Ursachen, die zu solchen Leistungseinbußen führen, verhindert, wie beispielsweise die Säureschichtung", betont Bauer. So nutzt iQ Power in seinen Batterien vom Typ "MagiQ" die Bewegungsenergie des Fahrzeugs, um den Elektrolyt zu durchmischen und die Säureschichtung zu verhindern. Winkel aus Kunststoff in jeder Batteriekammer bilden dabei enge vertikale Strömungskanäle. In ihnen wird die dichtere Säure vom Boden der Batterie nach oben transportiert und tritt dort wieder aus. "Ein einfacher hydrodynamischer Vorgang", sagt Bauer. Und eine "preiswerte wie auch wirkungsvolle Lösung mit einem enormen Effekt auf die Lebensdauer und den Erhalt der Leistungsfähigkeit heutiger Autobatterien." - Die Innovation von iQ Power ist patentiert, ebenso wie eine ganze Reihe weiterer Technologien zum Themenkomplex "Energiemanagement im Automobil".

Wirkungsvolle Lösung

Säureschichtung ist eine der wesentlichen Ursachen für die Leistungsschwäche heutiger Autobatterien. Das Phänomen verursacht Einbußen in der Batterieleistung von über 40 Prozent. Abhilfe bewirken einfache Winkel aus Kunststoff in jeder Batteriezelle. Die Winkel sorgen in den iQ Power entwickelten Autobatterien vom Typ "MagiQ" für eine gleichmäßige Elektrochemie. Entwicklungschef Dr. Günther Bauer nutzt hierzu die Bewegungsenergie des Fahrzeugs, um den Elektrolyt zu durchmischen. Das Ergebnis: Keine Leistungseinbußen mehr bei herkömmlichen Blei/Säure-Batterien sowie eine hohe Zyklenfestigkeit.