Funktionsweise und Alterung der Blei-Säure-Batterie erklärt

hallo und willkommen auf meinem kanal schlaumeier in diesem video geht es um die blei säure batterie oder auch der

breitere akkumulator ich kläre wie der akku genau funktioniert welche reaktions gleichungen da eigentlich ablaufen und

wo diese angewendet wird außerdem gibt es vier haupt mechanismen die zur alterung der batterie führen können

welche das sind und was das für folgen hat schauen wir uns auch an die anwendungsbereiche einer blei säure

batterie können grob eingeteilt werden in stationär und mobil bei der stationären anwendungen gibt es zum

beispiel die anwendung als notstromversorgung in gebäuden außerdem für alarmanlagen und als solar batterien

bei der mobilen anwendungen ist das wohl bekannteste beispiel die starterbatterie im auto die ist auch die stromquelle für

licht für die sicherheitssysteme im auto und die klimaanlage die batterie kann aber auch als traktionsbatterie

eingebaut sein das heißt für den antrieb manche rollstühle oder roller sind zb damit

ausgestattet aber wie funktioniert das denn jetzt genau dazu macht es sinn sich mal eine einzelne batteriezelle

anzuschauen zunächst haben wir erstmal ein gefäß das besteht aus kunststoff zb polypropylen

oder polyvinylchlorid das gefäß ist mechanisch und chemisch stabil möglichst leicht und zur außenwelt abschließend in

dem gefäß befinden sich zwei elektroden welche einmal positiv oder negativ geladen ist

die anode hat als aktiv material poröses blei was man deswegen auch als fleisch warm bezeichnet die kathode besteht aus

porösem bleibt die oxid porös ist die aktiv masse deswegen da man dann eine möglichst große oberfläche für die

reaktion erreichen kann bei der elektroden haben einen inneren kern aus blei gitter welches als

stromleiter dient der strom ableiter ist häufig ein blei gitter mit antimon regierung was dadurch stabiler ist und

es kann sehr kostengünstig hergestellt werden der ableiter ist natürlich gut

elektrisch leitfähig und mechanisch und chemisch stabil der stromleiter ist doch mit der richtung gekennzeichnet in

der die elektronen fließen außerdem gibt es jetzt noch den separater der ist ionen durch lässig

aber ein isolator für elektronen die sollen ja nur ein weg gehen nämlich über den strom ab leiter außerdem ist der

genau so mechanisch und chemisch stabil der separator verhindert damit kurzschlüsse und was jetzt noch fehlt

ist der elektrolyt welcher ion leitfähig ist ebenfalls ein isolator für elektronen und besteht aus schwefelsäure

in wässriger lösung das ist wichtig weil die chemische reaktion nur mit schwefelsäure indes so

zierte form stattfinden kann außerdem ist die ionen leitfähigkeit von schwefelsäure abhängig von der

konzentration beispielsweise in einer 50 igen also circa 33 prozentigen wässrigen lösungen ist die leitfähigkeit maximal

das heißt der elektrolyt ist schwefelsäure in wässriger lösung aufgrund der dissoziation und

leitfähigkeit bei reiner schwefelsäure funktioniert das ganze nicht das nennen potenzial bei so einer blei säure

batterie zelle ist bei 2 volt damit liegt sie so im mittelfeld wenn man die nennen potenziale verschiedener

batterien vergleicht aber wie funktioniert das denn jetzt genau und wie bekommen der strom aus der zelle

wir haben jetzt eine voll geladene batterie zelle wenn jetzt ein verbraucher angeschlossen ist wird die

zelle entladen über den strom ab leiter die schwefelsäure liegt im diskutierenden zustand vor

an der anode reagiert blei mit hydrogen soll fahrt zu fahrt und wasserstoff das entstandene blasl fahrt beschichtet die

anode die wasserstoffatome diffundieren von der anode durch den separator an die kathode

außerdem waren dann zwei elektronen über den strom ab leiter richtung kathode beim entladen wird schwefelsäure

verbraucht daher sinkt die säure dichte und der wasseranteil nimmt zu in entlade richtung findet an der anode die

oxidation stadt an der thon abgegeben werden an der kathode hingegen findet eine reduktion statt was

bedeutet dass elektronen aufgenommen werden dort findet folgende reaktion statt es

sind drei wasserstoffatome vorhanden dann reagiert bleibt die oxid damit und mit hydrogen sulfat unter aufnahme von

zwei elektronen zu blasen vater und zwei wassermolekülen die gesamt reaktion ist also blei und blei die oxid reagieren

mit schwefelsäure zu bleise fahrt und wasser was hier noch wichtig ist bleib reagiert

nicht mit blei dioxid die kommen gar nicht so in kontakt das könnte man ja denken wenn man die gesamt reaktion

betrachtet aber sie reagieren mit schwefelsäure die besonderheit hier der elektrolyt

nimmt an beiden reaktionen teil und an beiden elektroden wird bleise fortgebildet das nennt man auch doppel

sofa theorie das heißt dass der elektrolyt auch verbraucht wird die konzentration sinkt also nach und nach

beim ladevorgang ist es genau umgekehrt es werden jetzt elektronen durch eine spannungsquelle an die negative

elektrode gebracht dass preise fahrt löst sich auf und reagiert zu blei und hydrogen sulfat die bezeichnung ändert

sich deswegen die elektrode bleibt aber nach wie vor negativ geladen wir lesen also die reaktions gleichung

beim ladevorgang von rechts nach links an der positiven elektrode entsteht wieder bleibt die oxid und hydrogen soll

fahrt und die säure dichte steigt wieder an das heißt die negative elektrode nimmt

jetzt elektronen auf und die positive elektrode gibt jetzt elektronen ab also reduktion und oxidation sind einmal

vertauscht aber wie ist denn nun jetzt die blei säure batterie im kompletten aufgebaut

das hier ist jetzt nur schematisch aber im prinzip haben wir zunächst unseren strom ableiter

das negative gitter darum kommt jetzt die aktiv masse aus porösem blei oder auch blei schwamm genannt darum dann der

separator in form von so einer tasche und dann haben wir noch den positiven ableiter bzw

das ist auch ein gitter darum dann poröses blei die oxid und das ganze befindet sich natürlich im elektrolyt

aus schwefelsäure in wässriger lösung und das wird natürlich auch noch versteigert eine konventionelle

starterbatterie besteht aus einer reihe schaltung von sechs zellen jede zelle hat eine gewisse anzahl an solcher

positiven und negativen platten mit einer nennspannung von zwei gold jeweils durch die anzahl an platten ergibt sich

die kapazität und die kreisstadt fähigkeit dieser batterie und in reihe geschaltet führt das zu einer 12 volt

starterbatterie die nennspannung werden einfach aufaddiert wie eigentlich jede batterie hat aber auch diese batterie

eine bestimmte lebensdauer und welche mechanismen zur alterung der batterie führen das schauen wir uns jetzt an

es gibt vier wesentliche alterungs mechanismen bei einer blei säure batterie der erste alterungs mechanismus

ist wasserverlust das passiert durch gasen wenn sich statt der gewünschten reaktion das wasser im elektrolyten in

die gasse wasserstoff und sauerstoff zu ersetzen wie bei der elektrolyse das gefährlich

ist das mit der umgebung je nach zusammensetzung die knallgas reaktionen ablaufen kann

das kann vor allem passieren bei zu hohen lade strömen oder temperaturen wenn die gase dann nicht zurückgeführt

werden können oder re kombiniert werden dann geht das wasser verloren also gasen bei hohen spannungen stromstärken oder

temperaturen kann zu diesem mechanismus führen das passiert sogar gar nicht so selten ab einer bestimmten wasser

zersetzung spannung von 123 wollt aber bei kommerziellen blei akku es ist die gase und relativ gering wenn

die batterie bei raumtemperatur und leerlaufspannung ist die folgen sind ein erhöhter in widerstand kapazitäts

verlust und dass die säurekonzentration ansteigen kann schließlich ist das verhältnis von säure

zu wasser höher was im extremfall passieren kann ist dass die elektroden trockengelegt werden wenn das passiert

ist der kapazitäts verlust irreversibel falls nicht kann man einfach destilliertes wasser nachfüllen oder

verschlossene batterien benutzen verschlossenen batterien und geschlossene batterien ist nämlich der

entscheidende unterschied geschlossene batterien haben einen flüssigen elektrolyten und der gasaustausch mit

der umgebung ist möglich bei verschlossenem batterien wird schwefelsäure aber mit siliziumdioxid

siliert oder man nimmt ein vlies was die schwefelsäure aufsaugt und das hindert dann das gas am aufsteigen das wurde

nämlich erfunden um den wasserverlust zu minimieren diese batterien haben wir eine gas

abdichtung mit entlüftungsventil was an decke eingebaut ist die rekombination führt dann zu weniger wasserverlust ein

anderer alterungs mechanismus ist die sortierung bei dem sich an der pleiße farbschicht preise fahrt kristalle an

den elektroden ablagern können das kann passieren durch die säure schichtung in einer flüssig elektrolyt

zelle durch längere standzeiten oder durch tief entladungen die folge ist dass die säure dichte

singt und dass die kapazität sinkt zur säure schichtung das passiert dadurch dass beim laden sich die säure an den

elektroden konzentriert so dass bei der reaktion schwefelsäure vor allem da verbraucht wird und ein dichte

ungleichgewicht in den anderen bereichen entsteht bei erhöhter temperatur steigt die löslichkeit von bleiben

dadurch können dann diese kristalle besser wieder aufgelöst werden wenn die kristalle nicht mehr aufgelöst werden

können also beim ladevorgang passiert das dann führt das zu einem irreversiblen kapazitäts verlust

ansonsten ist dieser kapazitäts verlust rückgängig machbar der nächste alterungs mechanismus ist

die erosion dabei fällt aktiv material von dem abt leiter ab und zwar durch mechanischen

stress durch die lade und entladevorgänge das passiert besonders durch tiefentladung gasen auch und hohe

stromstärken die folgen sind ein erhöhter in widerstand auch in kapazitäts verlust und die gefahr dass

kurzschlüsse passieren können der letzte alterungs mechanismus sinnliche vorstelle ist die korrosion an der

positiven elektrode zwischen gitter und positive aktiv masse kita korrosion ist irreversibel das heißt nicht rückgängig

machte korrosion entsteht in abhängigkeit vom elektroden potenzial durch hohe ladespannung hohe

temperaturen und auch durch säure schichtung je nach guitar regierung ändert sich auch die rate der korrosion

also schlechtere materialqualität bedeutet dann auch eine schnellere korrosion

die folge davon ist ein hörer innen widerstand kapazitäts verlust und die gefahr dass kurzschlüsse passieren

können schreibt mir gerne in die kommentare wenn euch batterie technik interessiert und ihr mehr videos davon

hören wir sehen uns im nächsten video bis dahin macht's gut