Funktionsprinzip von Ladegeräten für Blei-Säure-Batterien

In einer Blei-Säure-Batterie sind die Anode (PbO2) und die Kathode (Pb) in einen Elektrolyten (verdünnte Schwefelsäure) eingetaucht. Zwischen den beiden Elektroden wird ein Strom von 2 V erzeugt. Dies basiert auf dem Prinzip von Blei-Säure-Batterien. Durch das Laden und Entladen unterliegen Anode, Kathode und Elektrolyt den folgenden Veränderungen: Im ersten Fall von Bleisulfat erhöht sich der Oxidationszustand des Bleis und es wird oxidiert, wobei positive Ladungen in die positive Elektrode fließen; Im zweiten Fall von Bleisulfat nimmt der Oxidationszustand des Bleis ab und es wird reduziert, wobei negative Ladungen in die negative Elektrode fließen.

1. Chemische Veränderungen während der Entladung
Wenn die Batterie zum Entladen an einen externen Stromkreis angeschlossen wird, reagiert die verdünnte Schwefelsäure mit den aktiven Materialien auf den Anoden- und Kathodenplatten und bildet eine neue Verbindung, „Bleisulfat“. Beim Entladen wird Schwefelsäure aus dem Elektrolyten freigesetzt. Je länger die Entladung dauert, desto verdünnter wird die Schwefelsäurekonzentration. Die verbrauchte Schwefelsäuremenge ist proportional zur Austragsmenge. Durch Messung der Schwefelsäurekonzentration im Elektrolyten, also ihres spezifischen Gewichts, kann die Menge der Entladung bzw. Restladung bestimmt werden.

2. Chemische Veränderungen während des Ladevorgangs
Beim Laden wird das auf den Anoden- und Kathodenplatten entstehende Bleisulfat zersetzt und zu Schwefelsäure, Blei und Bleiperoxid reduziert. Daher steigt die Konzentration des Elektrolyten in der Batterie allmählich an, was bedeutet, dass das spezifische Gewicht des Elektrolyten steigt und er allmählich wieder die Konzentration vor der Entladung erreicht. Diese Änderung weist darauf hin, dass die aktiven Materialien in der Batterie so weit reduziert wurden, dass sie wieder Strom liefern können. Wenn das Bleisulfat an beiden Elektroden auf seine ursprünglichen aktiven Materialien reduziert ist, ist der Ladevorgang abgeschlossen. An der Kathodenplatte entsteht Wasserstoff, an der Anodenplatte entsteht Sauerstoff. In der Endphase des Ladevorgangs wird fast der gesamte Strom für die Wasserelektrolyse verwendet und reduziert so den Elektrolytstand. Zu diesem Zeitpunkt sollte es mit reinem Wasser aufgefüllt werden.