Was ist eine Blei-Säure-Batterie?
Blei-Säure-Batterien sind ein Batterietyp, der Bleidioxid und metallisches Blei als Elektroden verwendet. Als Elektrolyt wird Schwefelsäure verwendet, die den Raum zwischen den Elektroden ausfüllt. Blei-Säure-Batterien sind preislich sehr günstig, da das für die Elektroden verwendete Blei billig ist und zu geringen Kosten hergestellt werden kann. Sie sind im Allgemeinen weit verbreitet, da sie einfach zu handhaben sind, eine gute Leistungsstabilität unabhängig von der verwendeten Stromstärke aufweisen und kaum Memory-Effekte haben.
Zu den Nachteilen gehören die Schwierigkeit, sie kleiner und leichter zu machen als andere wiederaufladbare Batterien, und die Notwendigkeit, auf Schäden durch die Verwendung von Schwefelsäure zu achten.
Anwendungen von Blei-Säure-Batterien
Blei-Säure-Batterien werden aufgrund ihrer geringen Kosten, ihrer hohen Stabilität, sowie ihres hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnisses in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Vor allem im Automobil- und Industriesektor erfreuen sie sich zunehmender Beliebtheit.
Eine einzelne Zelle einer Blei-Säure-Batterie hat eine elektromotorische Kraft von 2 V, die durch das Zusammenschalten mehrerer Zellen auf 6, 12 oder 24 V erhöht werden kann. Es gibt zwei Arten von Blei-Säure-Batterien in Bezug auf die Form der Elektrodenplatten: den Pastentyp und den plattierten Typ.
Der Pastentyp verwendet eine Bleiverbindung, die auf das Gitter aufgetragen wird, und wird in Notstromversorgungen und unterbrechungsfreien Stromversorgungen verwendet, da seine große Elektrodenfläche einen hohen Strom ermöglicht. Der Pastenbatterietyp wird auch in Kraftfahrzeugen verwendet.
Clad-Type-Batterien bestehen aus röhrenförmig geflochtenen Glasfasern, die mit Bleipulver gefüllt sind, und werden wegen ihrer langen Lebensdauer und Haltbarkeit in Baustellen-Notstromaggregaten wie Gabelstaplern eingesetzt. Für den Einsatz in extrem kalten Regionen sind sie weniger geeignet, da die Gefahr besteht, dass der Elektrolyt gefriert und die Batterie platzt.
Funktionsweise von Blei-Säure-Batterien
Das Entladephänomen von Blei-Säure-Batterien wird durch die folgende Reaktionsgleichung (Batteriegleichung) dargestellt. Beim Wiederaufladen läuft die Reaktion in umgekehrter Richtung zu dieser Gleichung ab.
- Reaktion An Der Positiven Elektrode: PbO2+ 4H^(+) +SO4^(2-) + 2e^(-) → PbSO4 + 2H2O
- Reaktion An Der Anode: Pb + SO4^(2-) → PbSO4 + 2e^(-)
- Reaktion Im Gesamtsystem: PbO2 + 2H2SO4 + Pb → 2PbSO4 + 2H2O
In Blei-Säure-Batterien wird Bleidioxid (PbO2) als positive Elektrode, Blei (Pb) als negative Elektrode und verdünnte Schwefelsäure (H2SO4) als Elektrolyt verwendet.
Bei der Entladung reagiert das Blei mit der Schwefelsäure auf der Anodenseite und wird zu Bleisulfat (PbSO4) oxidiert. Während der Reaktion werden Elektronen (e^(-)) aus dem Blei freigesetzt und auf die Kathodenseite übertragen, wodurch Strom erzeugt wird.
Auf der Kathodenseite nimmt das Bleidioxid der Elektrode die von der Anodenseite kommenden Elektronen auf und setzt Blei-Ionen frei. Die Blei-Ionen reagieren mit Schwefelsäure und bilden Bleisulfat. Der Sauerstoff im Bleidioxid verbindet sich mit den im Elektrolyten vorhandenen Wasserstoffionen (H^(+)) zu Wasser (H2O).