Säurebatterien und ihre Eigenschaften

Eine Batterie ist eine Energiequelle, in der die Energie einer chemischen Reaktion beim Entladen in elektrische Energie umgewandelt wird und umgekehrt beim Laden. Ihr Hauptunterschied zu einer herkömmlichen Batterie besteht in der Möglichkeit, durch Wiederaufladen Energie zurückzugewinnen. Zum Laden muss Gleichstrom in entgegengesetzter Richtung zur Entladerichtung angelegt werden.

Bleiakkumulatoren wurden im 19. Jahrhundert erfunden und sind aufgrund ihrer geringen Kosten und hohen Effizienz nach wie vor die weltweit beliebtesten Batterien. Das Gerät besteht aus einem Gehäuse und zwei Elektroden mit entgegengesetzter Polarität, die in einen Elektrolyten – eine Säurelösung – eingetaucht sind. Daher der Name Bleiakkumulator (AKB – wiederaufladbare Säurebatterien). Bleiakkumulatoren werden auch als Blei-Säure-Batterien bezeichnet, da die Elektroden aus diesem Material gefertigt sind.

Wie funktionieren sie?

Die Batterie funktioniert durch den elektrochemischen Prozess der Reaktion von Blei und Bleidioxid in wässriger Schwefelsäure. Wird eine Last an die Elektroden angelegt, findet eine chemische Reaktion zwischen dem Bleidioxid und der Schwefelsäure (H⁺) statt.₂ALSO₄sowie die Oxidationsreaktion von Blei zu Bleisulfat. Während der Entladung wird Bleidioxid an der Kathode reduziert („-“) und Blei an der Anode oxidiert („+“). Beim Laden finden umgekehrte chemische Reaktionen und Wasserelektrolyse statt, wobei Sauerstoff an der Anode und Wasserstoff an der Kathode freigesetzt werden.

Die in der Batterie ablaufenden Wechselwirkungsreaktionen können durch zwei Formeln beschrieben werden:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂ALSO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O — Entladung.
2. 2PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂ALSO₄ - Aufladung.

Während der Entladung findet in den aktiven Massen der Anode und Kathode die Bildung von Bleisulfat statt, und es wird Schwefelsäure (H₂O) verbraucht.₂ALSO₄ und eine Abnahme der Elektrolytdichte. Während des Ladevorgangs finden umgekehrte Reaktionen statt, Schwefelsäure bildet sich und die Elektrolytdichte steigt. Der Ladevorgang ist abgeschlossen, wenn die Stoffumwandlung an den Elektroden beendet ist und keine weiteren Elektrolytveränderungen mehr auftreten. Wird der Ladevorgang fortgesetzt, kommt es zu einer unerwünschten Wasserzersetzungsreaktion (Elektrolyse), bei der Sauerstoff- und Wasserstoffblasen im Elektrolyten freigesetzt werden, was den Eindruck eines Siedens erweckt. In diesem Fall muss destilliertes Wasser in die Batterie nachgefüllt werden, um den Elektrolyten wieder aufzufüllen.

Design

Säurebatterien sind in ihrer grundlegenden internen Konstruktion seit über hundert Jahren unverändert geblieben.

            Die Konstruktion der Batterien umfasst Folgendes:

1. Die Elektroden bestehen aus flachen Gittern aus Blei, in die Bleidioxidpulver (PbO) eingepresst wird.₂) auf der Anode, metallisches Bleipulver (Pb) auf der Kathode.
2. Der Separator ist ein poröses Dielektrikum, das die Elektroden voneinander trennt und so Kurzschlüsse verhindert.
3. Als Elektrolyt dient mit destilliertem Wasser verdünnte Schwefelsäure.₂ALSO₄Darin werden Elektroden und ein Separator platziert. Die maximale elektrische Leitfähigkeit wird bei einer Temperatur von 20 °C erreicht.^OBei C beträgt die Schwefelsäurekonzentration 35 %, was einer Elektrolytdichte von 1,26 g/cm³ entspricht. Der Innenwiderstand ist minimal und die Verluste im Gerät werden deutlich reduziert. In kalten Klimazonen kann die Lösungsdichte auf 1,29 g/cm³ bis 1,31 g/cm³ ansteigen. Eine höhere Säurekonzentration verhindert das Einfrieren des Elektrolyten und die damit verbundene Eisbildung im Gehäuse, die die Elektroden beschädigen und zum Bersten der Batterie führen könnte.

Hauptmerkmale, Parameter

1. Kapazität (nominal) - die Menge an elektrischer Energie, die Säurebatterien liefern können; die Messung erfolgt im Moment der Entladung unter einer Last mit geringem Stromverbrauch; Maßeinheit - A*h.
2. Anlaufstrom – zeigt die Fähigkeit der Batterie, bei einer Temperatur von -18 °C hohe Ströme zu liefern^OEine halbe Minute lang.
3. Kapazität (Reserve) - zeigt den Zeitraum an, in dem Säurebatterien einen Strom von 25 A bis zu einer Spannung von 10,5 V liefern.
4. Der untere Spannungswert einer entladenen Batterie beträgt 1,75 - 1,8 V.
5. Betriebstemperaturbereich — — 40^Ovon - + 40^OMIT.

Sorten

Nach ihrer Funktionsweise lassen sich Säurebatterien in drei Gruppen einteilen:

1. Zyklischer Modus – Betrieb im Zyklus von vollständiger Entladung und vollständiger Ladung, wobei die Batterie periodisch von der Stromquelle getrennt wird. Dies gilt als der kritischste Modus; die Anzahl der 100%igen Entladezyklen ist begrenzt.
2. Der Puffermodus ist ein weit verbreiteter Modus, der die Batterie schont; er lässt keine vollständige Entladung zu und zeichnet sich durch eine ständige Verbindung zu einer Stromquelle aus.
3. Gemischt – eine Kombination aus Puffer- und Zyklusmodus, wobei der größte Teil der Betriebszeit im Puffermodus verbracht wird.

Die am häufigsten auf dem Markt erhältlichen Blei-Säure-Batterien lassen sich in folgende Typen unterteilen:

Sicht	Service	Beschreibung	Spannung, V
Blei-Säure	Gewartet	Autobatterien gibt es in folgenden Ausführungen: Antimonarme Batterien, Antimonbatterien, Säure-Kalzium-Batterien und Hybridbatterien.	612
AGM VRLA	Wartungsfrei	Die Separatoren bestehen aus Glasfaser und arbeiten im zyklischen und Pufferbetrieb.	24612
VRLA	Wartungsfrei	Das abgedichtete Gehäuse, manchmal aus Kalzium gefertigt, gibt keine Gase ab und wird im Puffermodus verwendet.	24612
GEL VLRA	Wartungsfrei	Als Elektrolyt dient Kieselgel, was die Lebensdauer der Batterie verlängert, und die Batterie arbeitet im Puffermodus.	24612243648
OPzV	Wartungsfrei	Die Elektroden sind röhrenförmig, beständig gegen vollständige Entladung und haben eine Lebensdauer von ca. 22 Jahren.	2

Anwendung

1. Automobilindustrie – Säurebatterien werden als Starterbatterien verwendet.
2. Computergeräte - unterbrechungsfreie Stromversorgungen (UPS) ermöglichen es Ihnen, Informationen für den Fall eines Stromausfalls zu speichern.
3. Industrieproduktion – Säurebatterien werden als Notstromversorgung eingesetzt.

Lade- und allgemeine Empfehlungen

1. Der Ladevorgang muss bei einer Temperatur von 20 °C erfolgen.^OMIT.
2. Der Ladestrom sollte 10 % der Nennkapazität der Batterie nicht überschreiten.
3. Zur Verwendung in Fahrzeugen Säurebatterien Bei niedrigen Temperaturen empfiehlt sich die Verwendung mit einem internen elektrischen Heizsystem, weil KapazitätDie Effizienz des Geräts sinkt um 1 %, wenn die Temperatur um 1 Grad sinkt.^OMIT.
4. Es wird nicht empfohlen, es zu lagern Säurebatterien bei Temperaturen über 30^ODie Batterien müssen vor Gebrauch vollständig aufgeladen werden, egal ob sie geladen oder entladen sind.
5. Es ist besser, die Batterie im Winter an einem kühlen Ort zu lagern, da sich die Selbstentladung dann nur minimal auswirkt. Vorher sollte man den Pluspol mit Fett einfetten.
6. Vor Gebrauch Säurebatterien muss in einen Raum mit einer Temperatur von 20 gebracht werden^OEs dauert 8-10 Stunden, bis das Gerät betriebsbereit ist.