{"id":30922,"date":"2026-03-02T20:11:17","date_gmt":"2026-03-02T14:41:17","guid":{"rendered":"http:\/\/microtexindia.com\/roehrenplatten\/"},"modified":"2021-12-19T21:32:40","modified_gmt":"2021-12-19T16:02:40","slug":"roehrenplatten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/microtexindia.com\/de\/roehrenplatten\/","title":{"rendered":"R\u00f6hrenf\u00f6rmige Platten"},"content":{"rendered":"\t\t
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\nR\u00f6hrenplatten: hohe R\u00f6hrenbatterie vs. Flachplattenbatterie\n<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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1. Was ist eine R\u00f6hrenplattenbatterie?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Einf\u00fchrung in Batterien<\/strong><\/p>\n

Es gibt verschiedene Arten von elektrochemischen Stromquellen (auch bekannt als galvanische Zellen, Voltazellen oder Batterien). Eine Batterie ist definiert als ein elektrochemisches Ger\u00e4t, das chemische Energie in elektrische Energie umwandelt und umgekehrt. Das Thema Batterie geh\u00f6rt zur Elektrochemie<\/a>, die sich mit der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie besch\u00e4ftigt. In diesem Artikel werden wir ausf\u00fchrlicher \u00fcber rohrf\u00f6rmige Platten und halbrohrf\u00f6rmige Platten sprechen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Diese Zellen erzeugen elektrische Energie durch spontane Oxidations-Reduktions-Reaktionen (Redox-Reaktionen), an denen die Chemikalien in den positiven und negativen Elektroden und im Elektrolyten beteiligt sind und die in jeder Elektrode, einer so genannten Halbzelle, stattfinden. Die chemische Energie in den aktiven Materialien wird in elektrische Energie umgewandelt. Die bei der Reduktionsreaktion erzeugten Elektronen flie\u00dfen durch den externen Stromkreis, der die beiden Halbzellen verbindet, und erzeugen so einen elektrischen Strom. Die Oxidationsreaktion findet statt, indem Elektronen aus dem Anodenmaterial (meist Metalle) freigesetzt werden, und die Reduktionsreaktion findet statt, wenn die Elektronen \u00fcber den externen Kreislauf zur Kathode (meist Oxide, Chloride, Sauerstoff usw.) gelangen. Der Kreislauf wird \u00fcber den Elektrolyten geschlossen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Blei-S\u00e4ure-Batterie-System:<\/strong><\/p>\n

Wenn der \u00e4u\u00dfere Stromkreis geschlossen ist, beginnen die Elektronen vom Minuspol aus zu wandern, als Ergebnis der Reaktion, die das Blei (Pb) zu zweiwertigen Blei-Ionen (Pb2+) umwandelt (elektrochemisch oxidiert). (Die letztgenannten Ionen reagieren mit Sulfatmolek\u00fclen und bilden im Inneren der Zelle Bleisulfat (PbSO4)). Diese Elektronen wandern durch den \u00e4u\u00dferen Stromkreis und erreichen die positive Platte, wo sie das Bleidioxid in Bleisulfat umwandeln, d. h. das Bleidioxid wird elektrochemisch zu Bleisulfat reduziert, indem die Pb4+-Ionen in Pb2+-Ionen in PbSO4 umgewandelt werden.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Technologie der R\u00f6hrenplattenbatterie<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die Gesamtreaktion der Zelle wird wie folgt beschrieben:<\/p>\n

PbO2 + Pb + 2PbSO4 Ladung \u2194 Entladung 2PbSO4 + 2H2O<\/span><\/p>\n

Es ist zu erkennen, dass die Wertigkeit von Blei (Pb\u00b0) zu Pb<\/span>
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\n 2+<\/span>
\n <\/sup>
\n ,<\/span>
\n<\/i> durch Freisetzung von 2 Elektronen w\u00e4hrend der Entladung. Diese Erh\u00f6hung der Wertigkeit wird in der elektrochemischen Terminologie als Oxidation bezeichnet. <\/span><\/p>\n

In der anderen Richtung wird die Wertigkeit des Bleis im Bleidioxid (Pb hat 4 Wertigkeiten im Bleidioxid) zu 2+ reduziert<\/p>\n

indem es die beiden Elektronen aus der Oxidationsreaktion aufnimmt. Diese Abnahme der Wertigkeit wird in der Elektrochemie als Reduktion bezeichnet.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Diese Begriffe k\u00f6nnen auch durch die Ver\u00e4nderungen der einzelnen Elektrodenpotentiale der Zelle w\u00e4hrend der Entladung beschrieben werden. Das Potenzial (die Spannung) der Bleielektrode (Anode bei der Entladung) nimmt zu, indem es sich w\u00e4hrend der Entladung zu positiveren Werten bewegt. Diese Erh\u00f6hung des Potenzialwerts wird als Oxidation bezeichnet. Dadurch \u00e4ndert sich das negative Plattenpotential des Bleis in der Blei-S\u00e4ure-Zelle von etwa -0,35 auf etwa -0,20 Volt. Dies ist eine Steigerung des Potenzials. Daher wird diese Reaktion als anodische Reaktion bezeichnet.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Im Gegensatz dazu nimmt das Potenzial der Bleidioxidelektrode (Kathode w\u00e4hrend der Entladung) ab, indem es sich zur negativen Seite hin bewegt, d. h. der Wert wird mit fortschreitender Entladung immer niedriger. Das positive Plattenpotential des Bleidioxids in der Blei-S\u00e4ure-Zelle \u00e4ndert sich von etwa 1,69 auf etwa 1,5 Volt. Dies ist ein R\u00fcckgang des Potenzials. Daher wird diese Reaktion als kathodisch bezeichnet, und wir sagen, dass die Reduktion w\u00e4hrend der Entladung an einer positiven Platte stattfindet.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Diese Verringerung der Arbeitsspannung w\u00e4hrend der Entladung ist auf die so genannte Polarisation zur\u00fcckzuf\u00fchren, die durch eine Kombination aus \u00dcberspannung, \u03b7 und Innenwiderstand an beiden Elektroden entsteht. Einfach ausgedr\u00fcckt, ist die \u00dcberspannung die Differenz zwischen der OCV und den Betriebsspannungen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Bei der Entladung gilt alsoEdisch<\/span> = EOCV – \u03b7POS – \u03b7NEG – IR.<\/p>\n

F\u00fcr die Aufladungsreaktion gilt jedochECh<\/span> = EOCV + \u03b7POS + \u03b7NEG + IR.<\/p>\n

IR bezieht sich auf den Innenwiderstand, der durch Materialien innerhalb der Zelle wie Elektrolyt, aktives Material usw. entsteht. Die IR h\u00e4ngt von der Konstruktion der Zelle ab, d. h. vom verwendeten Separator, dem Abstand zwischen den Platten, den inneren Parametern des aktiven Materials (Partikelgr\u00f6\u00dfe, Oberfl\u00e4che, Porosit\u00e4t usw.), der Temperatur und der Menge an PbSO4 im aktiven Material. Er kann als die Summe mehrerer Widerst\u00e4nde dargestellt werden, die von der oberen Leitung, der aktiven Masse und der Korrosionsschicht, dem Elektrolyt, dem Separator und der Polarisation der aktiven Materialien geboten werden.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die ersten drei Faktoren werden durch das Zelldesign beeinflusst. \u00dcber die Polarisationswerte kann keine allgemeine Aussage getroffen werden, sie liegen jedoch in der Regel in der gleichen Gr\u00f6\u00dfenordnung wie der Anfangswiderstand der oberen Leitung. L\u00e4ngere Platten haben mehr IR. Sie l\u00e4sst sich aus der Steigung des Anfangsteils der Abflusskurve ermitteln. Bei gleichem Aufbau hat eine Zelle mit h\u00f6herer Kapazit\u00e4t einen geringeren Innenwiderstand. Der Innenwiderstand einer 12V\/28Ah VRLAB betr\u00e4gt 6 m\u03a9, w\u00e4hrend der Innenwiderstand einer Batterie mit geringerer Kapazit\u00e4t (12V\/ 7Ah) 20 bis 23 m\u03a9 betr\u00e4gt. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Bei sehr kleinen \u03b7-Werten nimmt die Beziehung zwischen \u03b7 und Stromst\u00e4rke I die Form des Ohm’schen Gesetzes an und die oben genannten Gleichungen werden vereinfacht zu<\/p>\n

Edisch = EOCV – IR.
ECh = EOCV + IR.<\/p>\n

Die obigen Ausf\u00fchrungen befassen sich mit der Entladungsreaktion einer Blei-S\u00e4ure-Zelle.
Bei der Ladungsreaktion der Blei-S\u00e4ure-Zelle treten die entgegengesetzten Ph\u00e4nomene auf.<\/p>\n

Bei Prim\u00e4rbatterien wird die positive Elektrode in der Regel als Kathode und die negative Elektrode als Anode bezeichnet, was eindeutig ist, da nur eine Entladung stattfindet.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Somit verh\u00e4lt sich die Bleielektrode, die als Anode fungierte, w\u00e4hrend der Aufladung als Kathode und die Bleidioxidelektrode, die als Kathode fungierte, verh\u00e4lt sich nun als Anode. Um Unklarheiten zu vermeiden, verwenden wir in Sekund\u00e4rzellen einfach positive und negative Elektroden oder Platten.
Um zu veranschaulichen, wie dies in der Praxis funktioniert, zeigt die folgende Abbildung einige hypothetische Kurven f\u00fcr die Entladung und Ladung einer Blei-S\u00e4ure-Batterie.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Es ist deutlich zu erkennen, dass die praktische Entladespannung unter der Leerlaufspannung von 2,05 V liegt und die praktische Ladespannung \u00fcber diesem Wert liegt. Die Abweichung von \u03b7 ist ein Ma\u00df f\u00fcr den kombinierten Einfluss des Innenwiderstands der Zelle und der Polarisationsverluste. Wenn der Entlade- oder Ladestrom erh\u00f6ht wird, wird der Wert von \u03b7 gem\u00e4\u00df den oben genannten Gleichungen gr\u00f6\u00dfer.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Abb.\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Abb. 1 Spannungs\u00e4nderungen eines LAB und Redoxreaktionen der positiven und negativen Platte
Abb. 2 Spannungs\u00e4nderungen an Platten und Zelle w\u00e4hrend der Ladung\/Entladung am Beispiel einer Bleis\u00e4urezelle<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Um die Reaktionen zusammenzufassen:
Blei, das negative aktive Material:
W\u00e4hrend der Entladung: Pb \u2192 Pb2+ + 2e-
W\u00e4hrend der Ladung: Pb2+ \u2192 Pb (d. h., PbSO4 \u2192 Pb)<\/p>\n

Bleidioxid, das positive aktive Material:
W\u00e4hrend der Entladung: Pb4+ \u2192 Pb2+ (PbO2 \u2192 PbSO4)
W\u00e4hrend der Ladung: Pb2+ \u2192 PbO2 (d. h., PbSO4 \u2192 PbO2)<\/p>\n

Da beide Elektrodenmaterialien in Bleisulfat umgewandelt werden, erhielt diese Reaktion 1882 von Gladstone und Tribe den Namen „Doppelsulfattheorie“.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Klassifizierung von Batterien<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Je nach Art der elektrochemischen Reaktionen, die in diesen Zellen ablaufen, k\u00f6nnen sie unterteilt werden in<\/p>\n