Bau einer Blei-Säure-Batterie
Es gibt hauptsächlich zwei Teile in einer Blei-Säure-Batterie. Das sind der Behälter und die Platten.
Blei-Säure-Batterie-Behälter
Da dieser Batterie-Behälter hauptsächlich Schwefelsäure enthält, müssen die Materialien, die für den Bau eines Blei-Säure-Batterie-Behälters verwendet werden, schwefelsäuresicher sein. Das Material des Behälters sollte auch frei von jenen Verunreinigungen sein, die für die Schwefelsäure schädlich sind. Besonders Eisen und Mangan sind unverträglich.
Glas, bleibeschichtetes Holz, Ebonit, hartes Gummi aus bituminösen Verbindungen, keramische Materialien und formgegossene Kunststoffe haben die oben genannten Eigenschaften, daher wird der Behälter der Blei-Säure-Batterie aus einem dieser Materialien hergestellt. Der Behälter ist mit einem Deckel dicht verschlossen.
Der Deckel hat drei Löcher, eines an jedem Ende für die Anschlüsse und eines in der Mitte für den Ventilverschluss, durch das das Elektrolyt eingefüllt und Gase entweichen können.
Am Bodeninneren des Blei-Säure-Batterie-Behälters befinden sich zwei Rippen, um die positiven Blei-Säure-Batterie-Platten zu halten, und zwei weitere Rippen, um die negativen Platten zu halten. Die Rippen oder Prismen dienen als Stützen für die Platten und schützen sie gleichzeitig vor Kurzschlüssen, die sonst durch das Abfallen des aktiven Materials von den Platten auf den Boden des Behälters entstehen würden. Der Behälter ist der grundlegendste Teil der Konstruktion der Blei-Säure-Batterie.
Blei-Säure-Batterie-Platten
Es gibt im Allgemeinen zwei Methoden zur Herstellung der aktiven Materialien der Zelle und deren Befestigung an Bleiplatten. Diese sind nach den Namen ihrer Erfinder benannt.
Plante-Platten oder gebildete Blei-Säure-Batterie-Platten.
Faure-Platten oder verklebte Blei-Säure-Batterie-Platten.
Plante-Platte
Plante-Prozess
Bei diesem Prozess werden zwei Bleiblätter genommen und in verdünnte H2SO4 getaucht. Wenn ein Strom von einer externen Quelle in diese Blei-Säure-Zelle geleitet wird, dann bilden sich durch Elektrolyse Wasserstoff und Sauerstoff. Am Anode greift Sauerstoff das Blei an und wandelt es in PbO2 um, während die Kathode unberührt bleibt, da Wasserstoff mit Pb keine Verbindung eingehen kann.
Wenn die Zelle jetzt entladen wird, wird die Peroxid beschichtete Platte zur Kathode, so dass Wasserstoff darauf entsteht und sich mit dem Sauerstoff des PbO2 verbindet, um Wasser zu bilden, also:
Gleichzeitig geht Sauerstoff zur Anode, die aus Blei besteht, und reagiert, um PbO2 zu bilden. Daher wird die Anode mit einem dünnen Film von PbO2 bedeckt.
Durch die ständige Umkehrung des Stroms oder durch Laden und Entladen wird der dünne Film von PbO2 immer dicker und dicker, und die Polarisierung der Zelle wird zunehmend länger dauern, um umzukehren. Zwei Bleiplatten, nachdem sie Hunderten von Umpolarisierungen unterzogen wurden, erlangen eine Haut aus Bleiperoxid, die dick genug ist, um eine ausreichend hohe Kapazität zu besitzen. Dieser Prozess der Herstellung von positiven Platten wird als Formation bezeichnet. Die negativen Blei-Säure-Batterie-Platten werden mit dem gleichen Prozess hergestellt.
Struktur der Plante-Platte
Es ist ersichtlich, dass da das aktive Material auf einer Plante-Platte aus einem dünnen Layer von PbO2 besteht, das auf und aus der Oberfläche der Bleiplatte gebildet wird, es wünschenswert sein muss, eine große Oberfläche zu haben, um einen erheblichen Volumen davon zu erhalten. Die Oberfläche der Blei-Säure-Batterie-Platte kann durch Einritzen oder Laminieren erhöht werden. Die Abbildung zeigt eine positive Plante-Platte, die aus einem reinen Bleigitter mit fein laminierten Oberflächen besteht. Die Konstruktion dieser Platten besteht aus einer großen Anzahl dünner vertikaler Laminationen, die in regelmäßigen Abständen durch horizontale Verstärkungsrippen verstärkt werden. Dies führt zu einer erheblichen Erhöhung der Oberfläche. Das Hauptmerkmal der Konstruktion der Blei-Säure-Batterie ist es, ein großes Volumen an aktivem Material, also PbO2, in der aktiven Platte unterzubringen.
Positive Platten werden normalerweise durch den Plante-Prozess hergestellt und die Platten heißen Plante-Platten. Die negativen Blei-Säure-Batterie-Platten können ebenfalls durch diesen Prozess hergestellt werden, aber für negative Platten ist dieser Prozess praktisch nicht durchführbar.
Faure-Platte
Im Faure-Prozess wird das aktive Material mechanisch aufgetragen, anstatt wie im Plante-Prozess aus der Bleiplatte selbst elektrolytisch entwickelt zu werden. Das aktive Material, das in Form von Rotblei (Pb3O4) oder Litharge (PbO) oder in verschiedenen Verhältnissen gemischt, wird in die Zwischenräume eines dünnen Bleigitters gepresst, das auch als Stromleiter dient. Nach dem Bestreichen der Gitter mit aktivem Material werden die Platten getrocknet, gehärtet und in einer schwachen Schwefelsäurelösung mit einer spezifischen Dichte von 1,1 bis 1,2 zusammengebaut und durch Leiten eines Stroms zwischen ihnen geformt. Für die Herstellung der negativen Platte werden diese Platten als Kathoden verbunden. Der am Anode entstehende Sauerstoff wandelt das Bleioxid (Pb3O4) in Bleiperoxid (PbO2) um, und der am Kathode entstehende Wasserstoff reduziert das Bleimonoxid (PbO) in Schwammblei (Pb).
Die Bildung der positiven Platten beinhaltet die Umwandlung von Bleioxid in Bleiperoxid. Aus wirtschaftlichen Gründen, sowohl in Bezug auf Strom als auch Zeit, wird ein hohes Bleioxid, wie Pb3O
