Definition: Eine Batterie, die Blei und Bleiperoxid für die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie verwendet, wird als Bleibatterie bezeichnet. Die Blei-Säure-Batterie wird am häufigsten in Kraftwerken und Umspannwerken verwendet, weil sie eine höhere Zellenspannung und niedrigere Kosten hat.

Konstruktion der Blei-Säure-Batterie

Die verschiedenen Teile der Blei-Säure-Batterie sind unten dargestellt. Der Behälter und die Platten sind die Hauptbestandteile der Bleibatterie. Der Behälter speichert chemische Energie, die mit Hilfe der Platten in elektrische Energie umgewandelt wird.

1. Behälter – Der Behälter der Blei-Säure-Batterie besteht aus Glas, mit Blei ausgekleidetem Holz, Ebonit, Hartgummi aus bituminöser Mischung, keramischen Materialien oder geformten Kunststoffen und sitzt oben, um den Austritt von Elektrolyt zu vermeiden. Am Boden des Behälters befinden sich vier Rippen, auf zwei von ihnen ruht die positive Platte und die anderen stützen die negativen Platten.

Das Prisma dient als Träger für die Platten und schützt sie gleichzeitig vor einem Kurzschluss.Das Material, aus dem die Batteriegefäße bestehen, sollte gegen Schwefelsäure beständig sein, sich nicht verformen, nicht porös sein und keine Verunreinigungen enthalten, die den Elektrolyten beschädigen.

2. Platte – Die Platte der Blei-Säure-Zelle ist unterschiedlich aufgebaut und besteht immer aus einer Art Gitter, das aus Blei und dem aktiven Material besteht. Das Gitter ist wichtig für die Leitung des elektrischen Stroms und für die gleichmäßige Verteilung des Stroms auf dem aktiven Material. Wenn der Strom nicht gleichmäßig verteilt wird, löst sich das aktive Material und fällt heraus.

Die Gitter bestehen aus einer Legierung aus Blei und Antimon. Sie werden in der Regel mit einer Querrippe hergestellt, die die Stellen im rechten Winkel oder diagonal kreuzt. Die Gitter für die positiven und negativen Platten sind gleich aufgebaut, aber die Gitter für die negativen Platten sind leichter, weil sie für die gleichmäßige Leitung des Stroms nicht so wichtig sind.

Die Platten der Batterie sind von zwei Arten. Es sind die geformten Platten oder Plante-Platten und die geklebten oder Faure-Platten.

Plante-Platten werden hauptsächlich für stationäre Batterien verwendet, da sie schwerer und teurer sind als die geklebten Platten. Aber die Platten sind haltbarer und verlieren weniger aktives Material durch schnelles Laden und Entladen. Die Plantes-Platte hat ein niedriges Kapazitäts-Gewichts-Verhältnis.

Das Faure-Verfahren ist für die Herstellung negativer Platten besser geeignet als für positive Platten. Das negative aktive Material ist recht zäh und verändert sich beim Laden und Entladen vergleichsweise wenig.

3. Aktives Material – Das Material in einer Zelle, das während des Ladens oder Entladens aktiv an einer chemischen Reaktion (Absorption oder Entwicklung von elektrischer Energie) teilnimmt, wird als aktives Material der Zelle bezeichnet. Die aktiven Elemente der Bleisäure sind

1. Bleiperoxid (PbO2) – Es bildet das positive aktive Material. Das PbO2 hat eine dunkle schokoladenbraune Farbe.
2. Bleischwamm – Er bildet das negative aktive Material. Es ist grau in der Farbe.
3. Verdünnte Schwefelsäure (H2SO4) – Es wird als Elektrolyt verwendet. Es enthält 31% Schwefelsäure.

Das Bleiperoxid und der Bleischwamm, die das negative und positive aktive Material bilden, haben die geringste mechanische Festigkeit und können daher allein verwendet werden.

4. Separatoren – Die Separatoren sind dünne Blätter aus nichtleitendem Material, die aus chemisch behandeltem Bleiholz, porösem Gummi oder Glasfasermatten bestehen und zwischen dem positiven und dem negativen Material angebracht werden, um sie voneinander zu isolieren. Die Separatoren sind auf einer Seite vertikal gerillt und auf der anderen Seite glatt.

5. Batterieklemmen – Eine Batterie hat zwei Pole, den positiven und den negativen. Der Pluspol ist mit einem Durchmesser von 17,5 mm an der Spitze etwas größer als der Minuspol, der einen Durchmesser von 16 mm hat.

Arbeitsprinzip der Bleibatterie

Wenn sich die Schwefelsäure auflöst, zerfallen ihre Moleküle in positive Wasserstoffionen (2H+) und negative Sulfationen (SO4-) und bewegen sich frei. Wenn die beiden Elektroden in die Lösungen eingetaucht und an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden, bewegen sich die positiv geladenen Wasserstoffionen in Richtung der Elektroden und werden mit dem Minuspol der Quelle verbunden. Die SO4-Ionen, die negativ geladen sind, bewegen sich in Richtung der Elektroden, die mit dem positiven Anschluss der Versorgungsleitung (d.h.,

Jedes Wasserstoff-Ion nimmt ein Elektron von der Kathode, und jedes Sulfat-Ion nimmt die beiden negativen Ionen von der Anode und reagiert mit Wasser und bildet Schwefel- und Wasserstoffsäure.

Der Sauerstoff, der sich aus der obigen Gleichung ergibt, reagiert mit Bleioxid und bildet Bleiperoxid (PbO2).Während des Aufladens bleibt die Bleikathode als Blei erhalten, aber die Bleianode wird in Bleiperoxid umgewandelt, das eine schokoladenfarbene Farbe hat.

Wenn die Gleichstromquelle abgeschaltet wird und das Voltmeter zwischen die Elektroden geschaltet wird, zeigt es die Potentialdifferenz zwischen ihnen an. Wenn ein Draht die Elektroden verbindet, dann fließt Strom von der positiven Platte zur negativen Platte durch den äußeren Stromkreis, d.h. die Zelle ist in der Lage, elektrische Energie zu liefern.

Chemische Aktion während der Entladung

Wenn die Zelle voll entladen ist, dann besteht die Anode aus Bleiperoxid (PbO2) und die Kathode aus metallischem Bleischwamm (Pb). Wenn die Elektroden über einen Widerstand verbunden sind, entlädt sich die Zelle und die Elektronen fließen in die entgegengesetzte Richtung wie beim Aufladen.

Die Wasserstoffionen bewegen sich zur Anode und nehmen beim Erreichen der Anoden ein Elektron von der Anode auf und werden zu Wasserstoffatomen. Das Wasserstoffatom kommt mit PbO2 in Kontakt, greift es an und bildet Bleisulfat (PbSO4), das weißlich gefärbt ist und Wasser gemäß der chemischen Gleichung.

Das jeweilige Sulfat-Ion (SO4-) bewegt sich zur Kathode und gibt dort zwei Elektronen ab, wird zum SO4-Radikal, greift die metallische Bleikathode an und bildet Bleisulfat, das weißlich gefärbt ist, gemäß der chemischen Gleichung.

Chemische Vorgänge beim Aufladen

Für das Aufladen werden Anode und Kathode mit dem positiven und dem negativen Pol des Gleichstromnetzes verbunden. Die Moleküle der Schwefelsäure zerfallen in die Ionen 2H+ und SO4-. Die positiv geladenen Wasserstoffionen bewegen sich zur Kathode, nehmen dort zwei Elektronen auf und bilden ein Wasserstoffatom. Das Wasserstoffatom reagiert mit der Bleisulfatkathode und bildet gemäß der chemischen Gleichung Blei und Schwefelsäure.

Das SO4-Ion bewegt sich zur Anode, gibt seine zwei zusätzlichen Elektronen ab und wird zum Radikal SO4, reagiert mit der Bleisulfatanode und bildet gemäß der chemischen Gleichung Bleiperoxid und Bleischwefelsäure.Das Laden und Entladen wird durch eine einzige reversible Gleichung dargestellt, die unten angegeben ist.

Die Gleichung sollte für die Entladung nach unten und für die Wiederaufladung nach oben lauten.