Bleiakku

Autor: Hans Lohninger

Die grundsätzliche Reaktion zur Speicherung und Wiedergewinnung von elektrischer Energie ist beim Bleiakku die Umwandlung von Blei und Bleidioxid in Bleisulfat und umgekehrt. Dabei spielen sich an den beiden Polen zwei unterschiedliche Prozesse ab, die beim Entladen zu Bleisulfat an beiden Elektroden führen, beim Aufladen jedoch zu Blei an der Anode und Bleidioxid an the Kathode:

Reaktion an der Anode (negativer Pol):

Pb + SO₄^2- PbSO₄ + 2e^-

PbO₂ + SO₄^2- + 4 H₃O⁺ + 2e^- PbSO₄ + 6 H₂O

Pb + PbO₂ + 2 H₂SO₄ 2 PbSO₄ + 2 H₂O

Die Reaktion erfolgt in verdünnter Schwefelsäure (2.5 bis 4-molar, Dichte zwischen 1.15 und 1.22 g/cm³), wobei die Schwefelsäure nicht nur für den Ionentransport verantwortlich ist, sondern auch selbst an der Reaktion teilnimmt. Damit nimmt die Dichte der Schwefelsäure bei der Entladung ab, und beim Aufladen zu - wodurch der Ladezustand des Akkumulators durch eine einfache Dichtebestimmung der Schwefelsäure gemessen werden kann.

Wichtig für eine hohe Kapazität des Bleiakkus ist das Vorliegen einer hohen Oberfläche der aktiven Komponente. Man setzt daher Bleischwamm und poröses Bleidioxid ein, da diese gut von der Schwefelsäure durchdrungen werden können. Um die mechanische Stabilität zu gewährleisten und den Strom besser abführen zu können, sind diese porösen Materialien in ein Gerüst von elementarem Blei eingebettet. Ein Bleiakku weist eine typische Spannung von 2 bis 2.15 Volt pro Zelle auf, in einer 12V-Autobatterie werden deshalb sechs Zellen in Serie geschaltet. Die tatsächliche Klemmspannung hängt aber vom Ladezustand, vom entnommenen Strom und von der Temperatur ab.

Entladekurve eines Bleiakkus bei verschiedenen Temperaturen und einer Stromentnahme von 10% der Kapazität des Akkus.

Die Schwefelsäure darf keine Spuren von Platin oder Gold enthalten, da diese die Wasserstoffüberspannung herabsetzen und es zur Gasentwicklung (H₂) kommen würde bevor noch die Batterie ganz aufgeladen ist. Bleiakkus sind gegen Tiefentladung empfindlich und weisen eine relativ hohe Selbstentladung auf (2 bis 30% pro Monat, abhängig von der Reinheit der Schwefelsäure, der Bauart und der Temperatur). Unbenützte Autobatterien sollten deshalb in regelmäßigen Abständen (ca. alle 2 Wochen) nachgeladen werden. Unterlässt man dies und kommt es dadurch im Laufe der Zeit zu einer Tiefentladung, so bildet sich an den Elektroden flüssigkeitsdichtes Bleisulfat, das beim Aufladen nur mehr sehr schwer wieder in Lösung geht ("Sulfatierung"). Im Extremfall ist der Akku dadurch zerstört oder hat zumindest einen Großteil seiner Kapazität verloren.