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Akkumulatoren

Die Autobatterie startet seit über hundert Jahren Motoren — und lädt sich während der Fahrt einfach wieder auf. Wie geht das?

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Laden heißt umkehren

  • Anknüpfung (4.4.1):Anders als die Batterie (Primärzelle) lässt sich ein Akkumulator (Sekundärzelle) wieder laden.
  • Laden (4.3.2):eine Elektrolyse — die äußere Spannung kehrt die freiwillige Zellreaktion um, elektrische Energie wird als chemische gespeichert.
  • Bleiakku:Blei-Platte (Minuspol) und Bleidioxid-Platte (Pluspol) in Schwefelsäure, \(w \approx 37\,\%\); Zellspannung ≈ 2 V, Autobatterie = 6 Zellen in Reihe.

Entlade und lade die Bleizelle Schritt für Schritt (Knöpfe oder ←/→ auf der Zelle) und verfolge die Bilanz. Mit „Zählaufgabe“ wird der Elektrolyt verdeckt: Zähle die PbSO₄-Kästchen auf beiden Platten und stelle rechts ein, wie viel Schwefelsäure verbraucht wurde und wie viele Elektronen geflossen sind.

Bleiakku: Teilchen zählen

Halte fest: Beim Entladen werden beide Platten zu PbSO₄ und die Schwefelsäure wird verbraucht — pro Formelumsatz 2 H₂SO₄ und 2 Elektronen. Beim Laden läuft alles rückwärts; die Pole behalten ihr Vorzeichen, nur Anode und Kathode tauschen.

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Reaktionen im Bleiakku

  • Minuspol:\(\ce{Pb + SO4^2-}\) \(\ce{<=> PbSO4 + 2 e-}\)
  • Pluspol:\(\ce{PbO2 + SO4^2- + 4 H3O+ + 2 e-}\)
    \(\ce{<=> PbSO4 + 6 H2O}\)
  • Richtung:→ Entladen (galvanische Zelle), ← Laden (Elektrolyse). Pb: 0 und +IV werden beide zu +II (Komproportionierung).
Merke

Bleiakkumulator: \(\ce{Pb + PbO2 + 2 H2SO4}\) \(\ce{<=>[\text{Entladen}][\text{Laden}] 2 PbSO4 + 2 H2O}\)

  • Ladezustand messbar:Schwefelsäure wird verbraucht → Dichte sinkt von ≈ 1,28 auf ≈ 1,10 g/cm³.
  • Lithium-Ionen-Akku:Li⁺ pendelt zwischen Graphit (Minuspol, \(\ce{Li_xC6}\)) und Metalloxid (Pluspol, \(\ce{LiCoO2}\)); Elektronen über den äußeren Kreis — „Schaukelstuhl-Prinzip“, ≈ 3,7 V, wasserfreier Elektrolyt.
  • Voraussetzungen:Reaktionsprodukte haften an den Elektroden, Nebenreaktionen (Gasen) sind gehemmt.
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Allgemeine Hinweise

Pole bleiben, Rollen tauschen

Die Blei-Platte ist immer der Minuspol. Beim Entladen ist sie Anode (Oxidation), beim Laden Kathode (Reduktion) — Anode und Kathode richten sich nach der Reaktion, nicht nach dem Vorzeichen.

Sulfat nicht vergessen

Pb²⁺ geht nicht in Lösung: Es fällt sofort als schwerlösliches PbSO₄ auf der Platte aus. Deshalb steht \(\ce{SO4^2-}\) in beiden Teilgleichungen.

Doppelpfeil lesen

Eine Akku-Gleichung mit ⇌ schreiben und die Richtungen beschriften: nach rechts Entladen, nach links Laden. So reicht eine Gleichung für beide Vorgänge.

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