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Chemie von Blei-Säure-Batterien

1859
  • Gaston Planté
Blei-Säure-Batterie mit Bleianode und Bleidioxid-Kathode in einer historischen Laborumgebung.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die erste kommerziell erfolgreiche wiederaufladbare Batterie. Sie verwendet eine Blei-Anode (Pb), eine Bleidioxid-Kathode (PbO₂) und einen Schwefelsäure-Elektrolyten (H₂SO₄). Beim Entladen werden beide Elektroden in Bleisulfat (PbSO₄) umgewandelt, wobei die Schwefelsäure verbraucht wird. Dieser Prozess ist durch Anlegen eines externen Stroms chemisch reversibel, was die Batterie zu einem praktischen und robusten Energiespeichersystem macht.

Die Funktionsweise der Bleisäurebatterie beruht auf einer reversiblen Doppelsulfatreaktion. Im vollständig geladenen Zustand besteht die negative Elektrode aus reinem, schwammigem Blei (Pb) und die positive Elektrode aus Bleidioxid (PbO₂). Beide sind in einen Elektrolyten aus etwa 37% Schwefelsäure (H₂SO₄) in Wasser eingetaucht.

Während der Entladung finden die folgenden Halbreaktionen statt. An der Anode: [latex]Pb(s) + HSO_4^-(aq) \rightarrow PbSO_4(s) + H^+(aq) + 2e^-[/latex]. An der Kathode: [latex]PbO_2(s) + HSO_4^-(aq) + 3H^+(aq) + 2e^- \rightarrow PbSO_4(s) + 2H_2O(l)[/latex]. Bei beiden Reaktionen wird das aktive Material in Bleisulfat umgewandelt, wobei Schwefelsäure verbraucht wird und Wasser entsteht. Dieser Verbrauch von Schwefelsäure führt zu einer Verringerung des spezifischen Gewichts (Dichte) des Elektrolyten, wodurch sich der Ladezustand der Batterie mit Hilfe eines Aräometers einfach und effektiv bestimmen lässt.

Um die Batterie wieder aufzuladen, wird eine externe Spannung angelegt, so dass die Reaktionen umgekehrt ablaufen. Das Bleisulfat an der negativen Platte wird wieder in Blei umgewandelt, und das Bleisulfat an der positiven Platte wird wieder in Bleidioxid umgewandelt. Das Wasser wird verbraucht, und die Schwefelsäure wird regeneriert, wodurch sich das spezifische Gewicht des Elektrolyten erhöht. Trotz des geringen Energie-Gewichts-Verhältnisses und der Umweltgefährdung durch Blei haben die niedrigen Kosten, die Zuverlässigkeit und die Fähigkeit, hohe Stoßströme zu liefern, dafür gesorgt, dass diese Technologie weiterhin weit verbreitet ist, vor allem in der Automobilindustrie.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Elektrochemie

Typ

Chemischer Prozess

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung der Elektrolyse und der Reversibilität einiger chemischer Reaktionen
  • Daniell-Zelle und andere nicht wiederaufladbare galvanische Zellen
  • Entwicklung von Dynamogeneratoren, die Gleichstrom zum Aufladen liefern können
  • Verbesserte Herstellungsverfahren für Bleiplatten

Anwendungen

  • Start-, Beleuchtungs- und Zündbatterien (SLI) für Kraftfahrzeuge
  • Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) für Rechenzentren und Krankenhäuser
  • Notbeleuchtungssysteme
  • netzunabhängige Stromversorgungssysteme für abgelegene Häuser
  • Antrieb für Gabelstapler und Golfwagen

Patente:

NA

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Verwandt mit: Bleisäure, wiederaufladbare Batterie, SLI, Schwefelsäure, Bleidioxid, Anode, Kathode, Gaston Planté.

Historischer Kontext

Chemie von Blei-Säure-Batterien

1850
1851
1852
1859
1860
1861
1865
1850
1850
1851
1854
1859
1861
1865
1868

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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