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  _ Blei/Bleidioxid-System
(Sekundärsystem)
Pb, PbO2, PbSO4, H2SO4

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Andere Bezeichnungen   Blei-Säure-Akku, Bleiakkumulator, Lead-acid battery system.

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Anwendung   Der Bleiakkumulator ist das am häufigsten angewandte Sekundärsystem. Die größten Stückzahlen gehen in die Autoindustrie als Starterbatterie. Andere Anwendungen sind Traktionsbatterien in Gabelstaplern, elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und U-Booten. Notstromversorgungen für große Anlagen werden allgemein mit Bleiakkumulatoren ausgerüstet. Batterien werden mit Kapazitäten von 1 Ah bis zu 12.000 Ah gebaut.

Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen (Hilfe Formeln)
Entladen -->
 
Laden ¬  
 
Negative Elektrode:
Pb0 + H2SO4 ¬-->
Pb2+SO4 + 2 H+ + 2 e-
 
Positive Elektrode:
Pb4+O2 + 4 H+ + SO42- + 2 e- ¬-->
Pb2+SO4 + 2 H2O
 
Summe
Pb + PbO2 + 2 H2SO4 ¬-->
2 PbSO4 + 2 H2O


Der Elektrolyt ist wässrige Schwefelsäure. Da die Schwefelsäure an den elektrochemischen Reaktionen beteiligt ist, muss sie strenggenommen zu den aktiven Massen gerechnet werden. Die Säurekonzentration kann daher als Maß für den Ladezustand des Bleiakkus verwendet werden. Da die Säurekonzentration mit der Entladung abnimmt besteht bei einem teilentladenen Akku und tiefer Umgebungstemperatur früher die Gefahr des Einfrierens der Elektrolytlösung. Mit eingefrorener Elektrolytlösung kann die Batterie, durch den höheren Innenwiderstand, keinen hohen Laststrom liefern.
Gegen Ladeschluss (nahezu alles PbSO4 ist in PbO2 umgewandelt), überschreitet die Zelle die Gasungsspannung von 2,39 V und es beginnt eine Überladereaktion bei der, aus dem in der Elektrolytlösung enthaltenen Wasser, Wasserstoff- und Sauerstoff-Gas erzeugt wird:

Negative Elektrode:
2 H+ + 2 e- ¬-->
H20
Positive Elektrode:
H2O2- - 2 e- ¬-->
½ O20 + 2 H+
 
Summe
H2O ¬-->
H2 + ½ O2 Knallgas


Achtung! Hochexplosive Gasmischung mit sehr niedriger Zündenergie und –Temperatur.

Bei einigen Bauarten wird das gebildete Knallgas über eine Katalysatorpatrone zu Wasser rekombiniert = kein Wasserverlust, wartungsarm.

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Technische Daten  
o Elektrolytlösung (RT):
{short description of image} Konzentration Schwefelsäure: 36,9 Gew.% = 1,28 g/cm³ voll geladener Akku,
{short description of image} 7,7 Gew.% = 1,05 g/cm³ entladener Akku
{short description of image} für Schwefelsäure mit 1,28 g/cm³ RT gilt:
{short description of image} Leitfähigkeit: 0,7 S/cm
{short description of image} Gefrierpunkt: -60 °C
{short description of image} Viskosität: 2,5 Centipoise
o Leerlaufspannung : 2,08 V, Nennspannung: 2 V
o Entladeschlußspannung: 1,4 bis 1,7 V je nach Belastung
o Nennentladestrom: C/20 = 1/20 der Nennkapazität [Ah] in [A]. Bei höheren Strömen verringert sich die entnehmbare Kapazität.
o Lagertemperatur: -25 bis 60 °C
o Betriebstemperatur: -10 bis 60 °C
Achtung! Entladene Akkus frieren durch die geringere Schwefelsäurekonzentration rasch ein.
o Theoretische spezifische Energie : 160 Wh/kg
o Praktische spez. Energie je nach Bauart: 25 bis 40 Wh/kg
o Praktische Energiedichte: 60 bis 95 Wh/l
o Energiewirkungsgrad : 70 bis 80 %
o Lebensdauer : 250 bis 1.000 Zyklen, hängt sehr stark von der Bauart und den Betriebsbedingungen ab. Allgemein verringern folgende Faktoren die Lebensdauer: hohe Entladetiefe, Betriebstemperaturen > 25 °C, Ladeschlußspannung > 2,30 V, lange Lagerzeit im teil- oder tiefentladenen Zustand (gefüllte Akkus nur im geladenen Zustand lagern und regelmäßig nachladen!).
o Selbstentladung : je nach Bauart und Antimongehalt der Bleigitter bei Raumtemperatur 1 bis 20% im Monat. Bei einer Erhöhung der Lagertemperatur um jeweils 10 Grad verdoppelt sich die Selbstentladungsrate.
o Bauarten : Vielfältige, dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßte Bauweisen. Neben den offenzelligen Batterien mit flüssiger Schwefelsäure werden auch geschlossene Zellen mit eingedicktem Elektrolyt (thixotrope Mischung mit Kieselsäure = SiO2) hergestellt. Diese Batterien sind lageunabhängig und werden mit einer max. Spannung von 2,35 V / Zelle geladen. Diese Betriebsweise ergibt wartungsfreie Batterien, da beim Laden kein Wasserverlust auftritt.
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Adresse   Ansprechpartner:
Dr. Jens Tübke
Tel.: (0721) 4640-343
Fax: (0721) 4640-111
 

Fraunhofer Institut für Chemische Technologie

Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7
D-76327 Pfinztal (Berghausen)

Telefon (0721) 46 40-0
Fax (0721) 46 40 - 111



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