Elektrochemie/Akkumulator

4.2 Bleiakkumulator (1859, Gaston Planté)

Vgl. AB
Versuch 1

Herstellung: Man taucht zwei Bleiplatten in 20%-ige Schwefelsäure (H₂SO₄). Die beiden Bleiplatten überziehen sich mit einer weißen Schicht.

Erklärung: Blei (Pb) steht in der Spannungsreihe über dem Wasserstoff, somit läuft zunächst folgende Redox-Reaktion ab:

Formuliert die Reaktionsgleichung (nutzt -sofern vorhanden- die Tabelle des Standardelektrodenpotentials:

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Pb (s) + 2 H₃O⁺ (aq) + SO₄²⁻(aq) → PbSO₄ (s) ↓ + H₂ (g) + H₂O (l)

Die Pb²⁺-Ionen bilden sofort mit den SO₄²⁻-Ionen das schwerlösliche Salz Bleisulfat (PbSO₄). Dieses weiße, schwerlösliche Bleisulfat überzieht die beiden Bleiplatten; die Redox-Reaktion kommt zum Stillstand.

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Jetzt tauen zwei gleiche Elektroden in den gleichen Elektrolyten (Schwefelsäure), somit besteht keine Spannung zwischen den Elektroden.

Die Aufladung des Bleiakkus erfolgt durch Elektrolyse.

 Versuch 2: Aufladung

Möglicher Versuchsaufbau:

Merke: An der Anode (+ Pol) spielt sich die Oxidation, an der Kathode (- Pol) die Reduktion ab.

Formuliert mögliche Teilreaktionen:

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Oxidation (+Pol): Pb²⁺ + 2 H₂O → PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e⁻ Es scheidet sich festes PbO₂ (Salz aus Pb²⁺ und O²⁻-Ionen aufgebaut) ab, die Schwefelsäure wird „konzentrierter“.

Reduktion (-Pol): Pb²⁺ + 2 e⁻ → Pb Es scheidet sich auf der Elektrode schwammi-ges Blei ab.

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Ergänzt einmal die Pfeile beim Ladungsvorgang

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Formuliert mögliche Gesamtreaktion: 

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Gesamtreaktion beim Laden:
Pb²⁺ + 2 H₂O → Pb + PbO₂ + 4 H⁺
2 PbSO₄ + 2 H₂O → Pb + PbO₂ + 4 H⁺ + 2 SO₄²⁻

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Nun tauchen zwei verschiedene Elektroden (Pb und PbO₂ ) in die Elektrolytlösung. Zwischen diesen beiden Elektroden besteht eine Spannung von etwa 2 Volt. Der Bleiakku besteht im geladenen Zustand aus einer schwammig porösen Blei-Elektrode und einer rotbraunen Blei(II)-oxid-Elektrode. Als Elektrolyt dient 20-30%ige Schwefelsäure.

Versuch 3: Entladung

Formuliert auch für die Entladung die Teilreaktionen und die Gesamtreaktion:

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Oxidation (- Pol) Anode: Pb → Pb²⁺ + 2 e⁻ Die Anode überzieht sich mit schwerlöslichen Bleisulfat (PbSO₄ )

Reduktion (+ Pol) Kathode: PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e⁻ → Pb²⁺ + 2 H₂O Die Kathode überzieht sich ebensfalls mit schwerlöslichem Bleisulfat (PbSO₄).

Gesamtreaktion beim Entladen:
Pb + PbO₂ + 4 H⁺ → 2 Pb²⁺ + 2 H₂O
Pb + PbO₂ + 4 H⁺ + 2 SO₄²⁻ → 2 PbSO₄ + 2 H₂O

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 Abschließend: Wie müssten die Pfeile beim Entladevorgang verlaufen? 

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