Bleiakkumulator als Stromspeicher

Energiespeichersysteme gewinnen in der heutigen Zeit immer mehr an Bedeutung. Gerade im Hinblick auf den steigenden Energiebedarf müssen zu jedem Zeitpunkt Angebot und Nachfrage ausgeglichen werden. Hierbei spielen Umweltschutzaspekte eine immer größer werdende Rolle, das heißt, Lebensdauer eines Systems, der Wirkungsgrad aber auch die Verwendung giftiger Stoffe sind entscheidend.

Zu den bekanntesten und weltweit am meisten verbreiteten Speichersystemen gehört der Bleiakkumulator, der vor allem als Starterbatterie in Fahrzeugen Verwendung findet. Der Bleiakkumulator ist eine galvanische Zelle, die als sogenanntes „Sekundärelement" fungiert – sie geben Strom durch einen chemischen Vorgang ab (Entladung), können aber auch wieder durch Umkehrung des Prozesses aufgeladen werden.

Umkehrbare „Redox-Reaktion" für den Lade- und Entladevorgang

Als galvanisches Element besteht der Bleiakkumulator aus zwei Elektroden (Blei(IV)-Oxid und poröses Blei, sogenannter „Bleischwamm"), die in eine Elektrolytlösung (verdünnte Schwefelsäure bis maximal 40 Prozent) getaucht werden. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, werden die Elektroden voneinander getrennt. Die ablaufende Reaktion ist eine sogenannte „Redox-Reaktion", das heißt eine Kombination aus Reduktion und Oxidation. Während der Entladung oxidiert das Blei an der negativen Elektrode (Anode) unter Abgabe von Elektronen zu Blei(II)-Sulfat. An der positiven Elektrode (Kathode) wird das Blei(IV)-Oxid zu Blei(II)-Sulfat unter Aufnahme von zwei Elektronen reduziert. Hierbei wird elektrische Energie frei, die sich über die elektrochemische Spannungsreihe berechnen lässt. Diese Potenzialdifferenz zwischen den beiden Elektroden beträgt 2,04 Volt für eine Zelle. Fügt man dem System elektrischen Strom zu, wird die elektrochemische Reaktion umgekehrt und der Akkumulator aufgeladen.

Neben diesen gewollten Reaktionen kann es zur Knallgasbildung als Nebenreaktion kommen. Dies bedeutet eine Bildung von Wasserstoff an der negativen Elektrode und Sauerstoff an der positiven Elektrode. Diese unerwünschten Nebenreaktionen erfolgen insbesondere dann, wenn das System durch Edelmetalle verunreinigt ist, die Überspannung des Wasserstoffs also herabgesetzt wird. Um eine Ausgasung dieses Systems zu verhindern, werden mittlerweile geschlossene, gasdichte Systeme verwendet. Zudem wird anstatt des flüssigen Elektrolyts eine gelartige Masse eingesetzt. Alternativ gibt es Varianten, die den Elektrolyten in einem Vlies aus Glasfasern binden. Dies verlängert die Lebensdauer des Akkumulators und macht ihn wartungsfrei. Ein Überdruckventil bildet einen weiteren Sicherheitsmechanismus vor Explosion.

Kurzfristig sind hohe Stromstärken zu erzielen

Der große Vorteil eines Bleiakkumulators ist die Fähigkeit, in sehr kurzer Zeit eine hohe Stromstärke zu liefern. Das macht ihn als Starterbatterie so wertvoll. Gleichzeitig ist dieser Akkumulator in der Herstellung sehr günstig. Der Speicherwirkungsgrad dieses Akkumulators liegt bei 80 bis 90 Prozent, wobei er eine Lebensdauer von bis zu zehn Jahren erreichen kann. Einschränkungen in seinen Einsatzmöglichkeiten hat das System durch sein hohes Gewicht. Auch die Umweltverträglichkeit wegen der Verwendung des Schwermetalls Blei ist ein Manko, weshalb Bleiakkumulatoren recycelt werden müssen.