Funktionsweise der Bleisäure-Batterie | Bleisäure-Sekundär-Speicherbatterie

Funktionsweise der Blei-Säure-Batterie

Die Speicherbatterie oder Sekundär batterie ist eine Batterie, in der elektrische Energie als chemische Energie gespeichert werden kann und diese chemische Energie dann nach Bedarf in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie durch Anwendung einer externen elektrischen Quelle wird als Laden der Batterie bezeichnet. Die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie zur Versorgung der externen Last wird als Entladen der Sekundärbatterie bezeichnet.
Während des Ladens der Batterie wird Strom durch sie geleitet, was zu bestimmten chemischen Veränderungen innerhalb der Batterie führt. Diese chemischen Veränderungen absorbieren während ihrer Bildung Energie.

Wenn die Batterie an die externe Last angeschlossen wird, finden die chemischen Veränderungen in umgekehrter Richtung statt, wobei die absorbierte Energie als elektrische Energie freigesetzt und an die Last geliefert wird.
Nun versuchen wir das Prinzip Funktionsweise der Blei-Säure-Batterie zu verstehen und dazu diskutieren wir zunächst die Blei-Säure-Batterie, die sehr häufig als Speicher- oder Sekundärbatterie verwendet wird.

Materialien für Blei-Säure-Speicherzellen

Die Hauptmaterialien, die zum Bau einer Blei-Säure-Batterie erforderlich sind, sind

1. Bleioxid (PbO2).

2. Schwammblei (Pb)

3. Verdünnte Schwefelsäure (H2SO4).

Bleioxid (PbO2)

Die positive Platte besteht aus Bleioxid. Dieses ist dunkelbraun, hart und spröde.

Schwammblei (Pb)

Die negative Platte besteht aus reinem Blei in weichem, schwammigem Zustand.

Verdünnte Schwefelsäure (H2SO4)

Die verdünnte Schwefelsäure, die für die Blei-Säure-Batterie verwendet wird, hat ein Verhältnis von Wasser : Säure = 3:1.

Die Blei-Säure-Speicherbatterie entsteht, indem die Bleioxid-Platte und die Schwammblei-Platte in verdünnte Schwefelsäure getaucht werden. Eine Last wird extern zwischen diesen Platten angeschlossen. In der verdünnten Schwefelsäure spalten sich die Moleküle der Säure in positive Wasserstoffionen (H+) und negative Sulfationen (SO4 − −). Wenn die Wasserstoffionen die PbO2-Platte erreichen, erhalten sie Elektronen von dieser und werden zu Wasserstoff-atomen, die wiederum das PbO2 angreifen und PbO und H2O (Wasser) bilden. Dieses PbO reagiert mit H2 SO4 und bildet PbSO4 und H2O (Wasser).

SO4 − − Ionen bewegen sich frei in der Lösung, so dass einige von ihnen die reine Pb-Platte erreichen, wo sie ihre zusätzlichen Elektronen abgeben und zu Radikalen SO4 werden. Da das Radikal SO4 nicht allein existieren kann, greift es das Pb an und bildet PbSO4.
Da H+-Ionen Elektronen von der PbO2-Platte nehmen und SO4 − −-Ionen Elektronen an die Pb-Platte abgeben, gibt es eine Ungleichverteilung von Elektronen zwischen diesen beiden Platten. Daher fließt Strom durch die externe Last zwischen diesen Platten, um diese Ungleichverteilung von Elektronen auszugleichen. Dieser Prozess wird als Entladen der Blei-Säure-Batterie bezeichnet.
Blei-Sulfat (PbSO4) ist weißlich. Während des Entladens,

1. Beide Platten sind mit PbSO4 bedeckt.

2. Die spezifische Dichte der Schwefelsäure-Lösung fällt aufgrund der Wasserbildung während der Reaktion an der PbO2-Platte.

3. Als Ergebnis sinkt die Reaktionsrate, was bedeutet, dass die Spannungsdifferenz zwischen den Platten während des Entladeprozesses abnimmt.

Nun trennen wir die Last und verbinden die mit PbSO4 bedeckte PbO2-Platte mit dem positiven Pol einer externen Gleichstromquelle und die mit PbO2 bedeckte Pb-Platte mit dem negativen Pol dieser Gleichstromquelle. Während des Entladens fällt die Dichte der Schwefelsäure, aber es bleibt immer noch Schwefelsäure in der Lösung. Diese Schwefelsäure bleibt auch als H+ und SO4− − Ionen in der Lösung. Da die Wasserstoffionen (Kationen) positiv geladen sind, bewegen sie sich zum Elektroden (Kathode), die mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden ist. Hier nimmt jedes H+-Ion ein Elektron von diesem und wird zu einem Wasserstoffatom. Diese Wasserstoffatome greifen dann das PbSO4 an und bilden Blei und Schwefelsäure.

SO4− − Ionen (Anionen) bewegen sich in Richtung der Elektrode