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Chemie von Blei-Säure-Batterien

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

(generate image for illustration only)

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.

The lead-acid battery’s operation is based on a reversible double sulfate reaction. In a fully charged state, the negative electrode is pure, spongy lead (Pb), and the positive electrode is lead dioxide (PbO₂). Both are immersed in an electrolyte of approximately 37% sulfuric acid (H₂SO₄) in water.

During discharge, the following half-reactions occur. At the anode: [latex]Pb(s) + HSO_4^-(aq) \rightarrow PbSO_4(s) + H^+(aq) + 2e^-[/latex]. At the cathode: [latex]PbO_2(s) + HSO_4^-(aq) + 3H^+(aq) + 2e^- \rightarrow PbSO_4(s) + 2H_2O(l)[/latex]. In both reactions, the active material is converted to lead sulfate, and sulfuric acid is consumed while water is produced. This consumption of sulfuric acid causes the specific gravity (density) of the electrolyte to decrease, providing a simple and effective way to estimate the battery’s state of charge using a hydrometer.

To recharge the battery, an external voltage is applied, forcing the reactions to run in reverse. Lead sulfate on the negative plate is converted back to lead, and lead sulfate on the positive plate is converted back to lead dioxide. The water is consumed, and sulfuric acid is regenerated, increasing the electrolyte’s specific gravity. Despite its low energy-to-weight ratio and the environmental hazards of lead, the technology’s low cost, reliability, and ability to supply high surge currents have ensured its continued widespread use, especially in automotive applications.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Elektrochemie

Typ

Chemischer Prozess

Unterbrechung

Revolutionär

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Entdeckung der Elektrolyse und der Reversibilität einiger chemischer Reaktionen
  • Daniell Cell and other non-rechargeable galvanic cells
  • 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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