Akkumulator

Akkumulatoren (Akkus) sind wieder aufladbare elektrische Quellen. In ihnen ist elektrische Energie gespeichert. Sie sorgen als Spannungsquellen für den Antrieb in elektrischen Stromkreisen.
Die Wirkungsweise von Akkumulatoren basiert auf elektrischen Leitungsvorgängen in Flüssigkeiten.
Die erste Form eines Akkumulators wurde von JOHANN WILHELM RITTER im Jahre 1803 in Jena gebaut.

Ein Akkumulator besteht aus 6 zusammen geschalteten gleichen Zellen. Jede dieser Zellen besteht aus Bleiplatten, die in Schwefelsäure getaucht sind. Schwefelsäure dissoziiert in Wasser in positive Wasserstoff-Ionen und negative Sulfat-Ionen:

${\text{H}}_2{\text{SO}}_{\text{4}}\to 2{\text{ H}}^{\text{+}}+{\text{SO}}_{\text{4}}^{\text{2-}}$

Beim Laden wird an die Elektroden eine Spannung angelegt. Zwischen den Elektroden besteht ein elektrisches Feld. Dadurch bewegen sich die positiven Wasserstoff-Ionen zur Katode und die negativen Sulfat-Ionen zur Anode. An der Katode bildet sich aus Bleisulfat reines Blei:

${\text{PbSO}}_4+2{\text{ H}}^{\text{+}}+2{\text{ e}}^{\text{-}}\to \text{Pb}+{\text{H}}_{\text{2}}{\text{SO}}_{\text{4}}$

An der Anode bildet sich aus Bleisulfat Bleidioxid:

${\text{PbSO}}_{\text{4}}+{\text{SO}}^{\text{2}-}+2{\text{ H}}_{\text{2}}\text{O}\to {\text{PbO}}_{\text{2}}+2{\text{ H}}_{\text{2}}{\text{SO}}_{\text{4}}+2{\text{e}}^{-}$

Die an beiden Reaktionen beteiligten Elektronen werden durch den äußeren Stromkreis zu- bzw. abgeleitet. Durch den Ladevorgang entstehen zwei chemisch unterschiedliche Elektroden, zwischen denen eine Spannung von ca. 2 V liegt.

Beim Entladen wird an die beiden Elektroden ein elektrischer Verbraucher angeschlossen. Dabei bilden sich an der Katode unter Einwirkung von Schwefelsäure wieder Bleisulfat und frei bewegliche Elektronen:

$\text{Pb}+{\text{SO}}_{\text{4}}^{\text{2}}{}^{-}\to {\text{PbSO}}_{\text{4}}+{\text{2 e}}^{-}$

Die Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis zur Anode.
Dort bildet sich aus Bleidioxid ebenfalls Bleisulfat:

${\text{PbO}}_{\text{2}}+2{\text{ H}}^{+}+{\text{H}}_{\text{2}}{\text{SO}}_{\text{4}}+2{\text{ e}}^{-}\to {\text{PbSO}}_{\text{4}}+{\text{2 H}}_{\text{2}}\text{O}$

Diese Vorgänge laufen so lange ab, bis beide Elektroden wieder chemisch gleich sind und damit die Akkuzelle keine Spannung mehr liefert.
Da beim Aufladen Schwefelsäure gebildet und beim Entladen wieder abgebaut wird, gibt die Konzentration an Schwefelsäure im Elektrolyten Auskunft über den Ladezustand des Akkus. Dabei gilt:

Neben Bleiakkumulatoren gibt es z. B. auch Nickel-Eisen-Akkumulatoren oder Nickel-Cadmium-Akkumulatoren. Bei Nickel-Cadmium-Akkumulatoren tritt beim Laden nur eine sehr geringe Gasentwicklung auf, sodass man damit gasdichte Akkus herstellen kann.