Blei-Säure-Batterie
Blei-Säure-Batterien zählen zu den elektrochemischen Speichern. Es sind Niedertemperatur-Batterien, die die Energie intern speichern. Die Nennspannung liegt bei 2,0 V.
Eine Blei-Säure-Batterie besteht aus einem säurefesten Gehäuse, einem Elektrolyten und Elektroden, die durch einen Separator getrennt sind. Die Elektroden bestehen aus porösen Materialien, was zu einer großen inneren Oberfläche führt. Der Elektrolyt besteht aus flüssiger verdünnter Schwefelsäure (H2SO4).
Als Elektrodenmaterialien werden üblicherweise Blei und Bleioxid verwendet. Im aufgeladenen Zustand besteht die negative Elektrode aus Blei (Pb), das in Form von porösem Bleischwamm vorliegt, und die positive Elektrode besteht aus Blei(IV)-oxid (PbO2).
Beim Entladevorgang wird das vierwertige Blei-Ion (Pb4+) an der positiven Elektrode durch die Aufnahme von 2 Elektronen zu einem zweiwertigen Blei-Ion (Pb2+) reduziert. Dieses geht eine Bindung mit dem Sulfat-Ion aus der Schwefelsäure ein. An der negativen Elektrode findet eine Oxidation von metallischem Blei zu zweiwertigen Blei-Ionen statt. Diese gehen ebenfalls eine Bindung mit den Sulfat-Ionen ein. Daher lagert sich im entladenen Zustand an beiden Elektrodengruppen eine Schicht aus Bleisulfat (PbSO4) an.
Je nach Anwendung kommen auch andere Kombinationen von Elektrodenmaterialien zum Einsatz. Dies sind: Blei-Antimon, Blei–Antimon/Cadmium, Blei–Calcium und Blei-Zinn. Blei-Antimon-Kombinationen sind widerstandsfähig gegenüber tiefen und häufigen Entladungen und für den industriellen Einsatz geeignet; sie werden für Anwendungen mit hoher Zyklenzahl verwendet. Blei-Calcium-Kombinationen finden ebenfalls in der Industrie Anwendung und sind geeignet für Anwendungen mit langen Standzeiten.
Es werden vorwiegend zwei Typen von Blei-Säure-Batterien eingesetzt: geschlossene und verschlossene Systeme.
Geschlossene Systeme: Geschlossene Blei-Säure-Batterien werden auch als Nassbatterien bezeichnet. Der Elektrolyt liegt in flüssiger Form vor und die Elektrolytflüssigkeit in den einzelnen Batteriezellen kann mit destilliertem Wasser aufgefüllt werden. Dieser Batterietyp ist wartungsintensiv.
Verschlossene Systeme: Verschlossene Blei-Säure-Batterien werden auch als versiegelt bezeichnet. Weitere Bezeichnungen sind SLA und VRLA. Diese Abkürzungen entstammen den englischen Bezeichnungen. SLA steht für Sealed Lead Acid und VRLA steht für Valve Regulated Lead Acid. Bei verschlossenen Blei-Säure-Batterien sind die Zellen zugeschweißt und die Batterie ist mit einem Überdruckventil versehen. Verschlossene Blei-Säure-Batterien gelten als wartungsfrei, da keine Flüssigkeit nachgefüllt werden muss. Sie gasen deutlich weniger aus als geschlossene Blei-Säure-Batterien.
Im Gegensatz zu geschlossenen Batterien liegt bei verschlossenen Systemen der Elektrolyt nicht in flüssiger Form vor, sondern ist festgelegt. Der Elektrolyt liegt entweder in Form eines Gels vor. Dieser Typ wird als Gelakku bezeichnet. Oder ein Glasfasergewebe, das den Elektrolyten völlig aufsaugt, wird zwischen die Elektroden eingebracht. Dieser Typ wird als Vliesakku bezeichnet.
Blei-Säure-Batterien sind technisch ausgereift, zuverlässig und preisgünstig. Die Selbstentladung ist relativ gering und es gibt keinen Memoryeffekt. Blei-Säure-Batterien sind jedoch nicht zum Schnellladen geeignet und sie vertragen keine Tiefentladungen. Obwohl die Energiedichte im Vergleich zu anderen elektrochemischen Speichern relativ gering ist und die Zyklenlebensdauern ebenfalls gering sind, werden sie bis heute umfangreich genutzt. Die häufigsten Anwendungsgebiete sind Notfallversorgung und Überbrückungsversorgung, Netzqualität, USV-Anlagen, Transportbereich, Automobilbereich, Starterbatterien sowie Solaranlagen. Ihre Lebensdauer ist jedoch im Vergleich zu anderen Batteriesystemen geringer.
Englische Übersetzung(en):
lead-acid battery
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