Blei-Säure-Batterien, auch Blei-Säure-Batterien genannt, sind Batterietypen, deren Elektroden hauptsächlich aus Blei bestehen und deren Elektrolyt aus Schwefelsäurelösung besteht. Es wird im Allgemeinen in zwei Typen unterteilt: offene Batterien und ventilgesteuerte Batterien. Erstere erfordert eine regelmäßige Wartung durch Säureeinspritzung, während es sich bei letzterer um eine wartungsfreie Batterie handelt.
Blei-Säure-Batterien sind der früheste wiederaufladbare Batterietyp, der 1859 vom französischen Physiker Gaston Plante erfunden wurde. Obwohl sie ein sehr niedriges Energie-Gewichts-Verhältnis und ein niedriges Energie-Volumen-Verhältnis aufweisen, bedeutet die Fähigkeit, hohe Stoßströme zu liefern, dass die Batterie über ein sehr geringes Energie-Gewicht-Verhältnis verfügt relativ großes Leistungsgewicht. Diese Eigenschaften sowie ihre geringen Kosten machen sie für den Einsatz in Kraftfahrzeugen attraktiv, um den zum Anlassen von Motoren erforderlichen hohen Strom bereitzustellen.
Obwohl die Bleichemie ausgereift ist, wird sie auch heute noch häufig eingesetzt. Es gibt genügend Gründe für seine Beliebtheit. Bleisäure ist zuverlässig und kostengünstig, gemessen an den Kosten pro Watt. Kaum eine andere Batterie kann so kostengünstig hohe Leistung liefern wie Blei-Säure und ist daher in Autos, Golfwagen, Gabelstaplern, Schiffen und unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) kostengünstig.
Die Gitterstruktur von Blei-Säure-Batterien besteht aus einer Bleilegierung. Reines Blei ist zu weich, um sich selbst zu tragen, daher wurden kleine Mengen anderer Metalle hinzugefügt, um mechanische Festigkeit zu erreichen und die elektrische Leistung zu verbessern. Die häufigsten Zusatzstoffe sind Antimon, Kalzium, Zinn und Selen. Diese Batterien werden allgemein als „Blei-Antimon“ und „Blei-Kalzium“ bezeichnet.
Durch die Zugabe von Antimon und Zinn kann die Tiefenzirkulation verbessert werden, allerdings erhöht sich dadurch der Wasserverbrauch und der Bedarf an Ausgeglichenheit. Kalzium kann die Selbstentladung verringern, Blei-Kalzium-Platten können jedoch Wachstumsnebenwirkungen aufgrund der Gate-Oxidation während des Überladens haben. Moderne Blei-Säure-Batterien verwenden außerdem Dotierstoffe wie Selen, Cadmium, Zinn und Arsen, um den Antimon- und Kalziumgehalt zu reduzieren.
Bei tiefen Zyklen ist Bleisäure schwerer als Systeme auf Nickel- und Lithiumbasis und weist eine schlechtere Haltbarkeit auf. Eine vollständige Entladung führt zu einer Belastung und jeder Entlade-/Ladezyklus entzieht dem Akku dauerhaft eine kleine Menge Ladung. Wenn der Akku in gutem Betriebszustand ist, ist der Verlust minimal, aber sobald die Leistung auf die Hälfte der Nennkapazität sinkt, nimmt das Fading zu. Dieses Verschleißmerkmal gilt in unterschiedlichem Maße für alle Batterien.
Abhängig von der Entladetiefe kann Bleisäure, die für Deep-Cycle-Anwendungen verwendet wird, 200 bis 300 Entlade-/Ladezyklen ermöglichen. Die Hauptgründe für die relativ kurze Lebensdauer sind Gate-Korrosion an der positiven Elektrode, Erschöpfung der aktiven Materialien und Ausdehnung der positiven Elektrodenplatte. Bei höheren Betriebstemperaturen und der Entnahme hoher Entladeströme beschleunigt sich diese Alterungserscheinung.
Das Laden von Blei-Säure-Batterien ist einfach, es müssen jedoch die korrekten Spannungsgrenzen beachtet werden. Die Wahl einer niedrigen Spannungsgrenze kann zwar die Batterie belasten, jedoch zu Leistungseinbußen und einer Ansammlung von Sulfat auf der negativen Elektrodenplatte führen. Eine Hochspannungsbegrenzung kann die Leistung verbessern, führt jedoch zu Gate-Korrosion an der positiven Elektrodenplatte. Bei rechtzeitiger Reparatur kann die Sulfatierung rückgängig gemacht werden, Korrosion ist jedoch dauerhaft.
Bleisäure kann nicht schnell aufgeladen werden und bei den meisten Typen dauert das vollständige Aufladen 14 bis 16 Stunden. Der Akku muss immer vollständig geladen sein. Eine niedrige Batterieleistung kann zu Sulfatierung führen, was die Leistung der Batterie beeinträchtigen kann. Das Hinzufügen von Kohlenstoff zur negativen Elektrode kann dieses Problem verringern, aber auch die spezifische Energie senken.
