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Der Bleiakkumulator

Akkumulator

Der Bleiakkumulator gehört zur Standardausrüstung eines jeden Autos oder Motorrades. Fälschlicherweise wird er nicht selten als Batterie, Autobatterie, Motorradbatterie, Starterbatterie oder Bleibatterie bezeichnet. Als Batterie werden jedoch nicht wiederaufladbare Zellen bezeichnet, oft auch Primärzelle genannt. Die korrekte Bezeichnung Bleiakkumulator (oder kurz Bleiakku) rührt daher, daß die Elektroden aus Blei bestehen. Als Elektrolyt dient Schwefelsäure. Im geladenen Zustand besteht die positive Polplatte aus Bleidioxid (PbO2) und die negative aus blankem Blei (Pb). Beim Entladen bildet sich an beiden Platten feinverteiltes Bleisulfat (PbSO4).

Bleiakkumulatoren sind aufgrund des stark ätzenden Elektrolyts im Falle eines Defekts potentiell gefährlich und bei nicht fachgerechter Entsorgung alles andere als umweltfreundlich, da Blei ein giftiges Schwermetall ist. Er muß daher unbedingt dem Recycling zugeführt werden, was in Deutschland mittlerweile Pflicht ist. Er ist zudem relativ schwer, voluminös und besitzt eine im Vergleich zu anderen Akkumulatortypen geringe Strombelastbarkeit. Zudem ist seine Selbstentladung mit 0,2 bis 1% pro Tag relativ hoch. Allerdings ist er vergleichsweise billig, robust und sehr einfach zu laden, weshalb er trotz seiner zahlreichen Nachteile im Automobilbereich nach wie vor ausschließlich eingesetzt wird. Eine Ausnahme bilden aus Gewichtsgründen lediglich Hybridfahrzeuge.

Im Automobilbereich benutzte Akkumulatoren besitzen Bleielektroden, die gewollt extrem porös ausgeführt sind, um eine hohe Oberfläche pro Volumen zu erreichen. Durch die große Oberfläche kann der Akku viel Strom liefern, was eine Grundvoraussetzung für einen erfolgreichen Kaltstart ist. Zudem wird so eine vergleichsweise große Kapazität bei kleinem Volumen erreicht. Sie hat aber auch einen ganz entscheidenden Nachteil: Da die Bleielektrode einem Schwamm nicht unähnlich ist, bröckeln bei jedem Lade-/Entladevorgang winzige Teile der Elektrode ab, weil eine chemische Umwandlung der Elektroden erfolgt, die auch Auswirkungen auf die Stabilität haben. Einerseits verringert sich damit die wirksame Oberfläche, andererseits bildet sich sogenannter Batterieschlamm, der sich am Boden absetzt. Beim Autoakku reichen daher die Elektroden nicht bis ganz unten an den Boden, damit sich der teilweise leitfähige Batterieschlamm gefahrlos unten absetzen kann. Erreicht er aber die Elektroden, kann es zu einem Kurzschluß kommen, wodurch die betroffene Zelle unbrauchbar wird. Wenn man den Akku dauernd bis zur Kapazitätsgrenze entlädt und wieder auflädt, bröckelt relativ viel Material ab, was seine Lebensdauer sehr stark verkürzt. Autoakkus sind durch die Elektrodenstruktur vielmehr daraufhin ausgelegt, für kurze Zeit hohe Ströme liefern zu können. Sie mögen es aber nicht, wenn man ihnen viel Ladung entnimmt, weil dann die Elektroden wegbröckeln. Bei regulärem Betrieb ist das auch nicht der Fall: Nach einem Motorstart wird der Akku sofort wieder geladen.

Bei Kurzstreckenautos oder bei Defekten am Generator ("Lichtmaschine") wird der Akku hingegen nicht genügend aufgeladen und befindet sich mehr oder weniger ständig im halb- bis nahezu ganz entladenen Zustand. Wenn ein Akku in diesem Zustand tagelang verharren muß, sulfatieren die Elektroden, was einer Kapazitätsverringerung gleichkommt, die nicht mehr vollständig rückgängig gemacht werden kann. Dies ist zusammen mit dem Batterieschlamm der Grund, warum Bleiakkus in Kurzstreckenautos meistens nicht sehr lange leben. Dies kann man abmildern, indem man bei häufigem Kurzstreckenbetrieb den Akku regelmäßig mit einem Ladegerät volllädt. Ganz schlimm ist es, wenn man einen Autoakku zweckentfremdet (z.B. als vermeintlich preisgünstige Alternative zu speziell für Solaranlagen konstruierten Akkus) und regelmäßig bis zur Kapazitätsgrenze entlädt. Hierbei ist die Schlammbildung sehr hoch, was sich sehr ungünstig auf seine Lebensdauer auswirkt. Für Solaranlagen gibt es aus genau diesem Grund spezielle Akkus mit weniger porösen Elektroden, die starke Entladungszyklen deutlich besser wegstecken und auch eine geringere Selbstentladung besitzen.

Autoakkus sind wie gesagt durch ihre Elektrodenstruktur dahingehend optimiert, daß sie kurzzeitig selbst bei niedrigen Temperaturen relativ hohe Ströme liefern können, da ihre Hauptaufgabe darin liegt, den Strom zum Starten des Motors zu liefern. Das Stromliefervermögen ist direkt proportional zur Plattenoberfläche, was auch erklärt, daß Akkus mit hohem Stromliefervermögen automatisch eine höhere Kapazität besitzen als solche mit kleinem Stromliefervermögen. Fahrzeuge mit Ottomotoren großen Hubraums und solche mit Dieselmotoren benötigen stärkere Anlasser als Fahrzeuge mit kleinem Ottomotor, die natürlich auch mehr Strom benötigen. Deswegen benötigen sie größere Akkus als Fahrzeuge mit kleinem Motor. Daß der Akku dabei auch eine größere Kapazität besitzt, ist entgegen landläufiger Meinung dabei nur ein Sekundäreffekt.

Ein deutlich größerer Akku wird deutlich weniger entladen und dankt dies mit einer deutlich längeren Lebensdauer. Als angenehmen Nebeneffekt hat man dann auch mehr Reserven, wenn der Akku am Ende seiner Lebensdauer deutlich an Kapazität verliert. Unsinnig ist übrigens in diesem Zusammenhang die weitverbreitete Behauptung, ein kleiner Generator ("Lichtmaschine") habe mit einer dicken Autobatterie Probleme oder würde sogar Schaden nehmen. Der Beweis ist sehr einfach: In heutigen Fahrzeugen serienmäßig verbaute Generatoren haben eine Leistung von eher mehr als 1000 W. Dies entspricht bei einer Nennspannung von 13,2 V einer Stromstärke von immerhin 75 A. Ein handelsüblicher PKW-Akku kann einen solch hohen Ladestrom überhaupt nicht aufnehmen; das Problem bei der Ladung von Bleiakkus ist ja eher, ausreichend Strom in den Akku hineinzubekommen, um eine vertretbare Ladezeit hinzubekommen.