Aufbau von Bleibatterien

Wie sind Bleibatterien aufgebaut? In diesem Gastbeitrag erklärt Michael Herrmann das Innenleben von Blei-Säure-Batterien, der am häufigsten anzutreffenden Art der Bordbatterie auf Booten. Wenn ihr eine Entscheidungshilfe sucht, welche Bleibatterie für euch geeignet ist, empfehlen wir unseren Artikel über Batterietypen auf dem Boot.

Das Kernstück aller Bleibatterien ist das Gitter, das aus reinem Blei oder einer Blei-Legierung (beispielsweise Blei-Kalzium) besteht. Früher waren alle Gitter gegossen, eine relativ aufwändige Herstellung, jedoch mit dem Vorteil, dass die aktive Masse besser daran haftet. Heute sind - auch in hochwertigen Batterien - zumindest die Gitter für die negativen Platten, die mechanisch weniger beansprucht sind als die positiven - aus gestanzten Bleiblechen hergestellt. In stationären und Traktionsbatterien findet man oft noch sogenannte "Panzerplattenzellen", in denen die aktive Masse in Röhrchen untergebracht ist.

Vom Gitter zur Platte

Die Gitter werden mit der amorphen (pastenförmigen) aktiven Masse bestrichen - sie heißen dann "Platten". Aktive Massen sind im voll geladenen Zustand Blei (negative Platte) und Bleioxid (positive Platte), welche beide bei der Entladung in Bleisulfat umgewandelt werden. Daher ist Bleisulfat ebenfalls eine aktive Masse, zumindest, so lange sie amorph bleibt.

Bleibt die Platte jedoch länger im entladenen oder teilentladenen Zustand, wandelt sich das amorphe Bleisulfat in seine kristalline Form, die dann nicht mehr an den Lade- und Entladevorgängen teilnimmt, wodurch die Kapazität der Batterie verringert wird ("Sulfatierung"). Kristallines Bleisulfat kann mit Pulsern (z.B. "Megapulse") wieder in den amorphen Zustand gebracht werden, durch die "normalen" Ladungen ist dies jedoch nicht möglich. Aus diesem Grund werden in den Blei-Carbon-Batterien die negativen Platten zusätzlich mit einer Kohlenstoffverbindung versehen, mit der die Leitfähigkeit der Platten verbessert und die Bildung von Sulfatkristallen verringert werden soll.

Zusammenschluss zu Zellen

Mehrere positive und negative Platten werden mit zwischen den Platten angebrachten Separatoren zu sogenannten "Zellen" zusammengefügt. Die Platten sind mit den Plattenverbindern parallel geschaltet, so werden die gewünschten Kapazitäten - über den Umweg über die Stromstärken - geschaffen. Die Separatoren sollen Kurzschlüsse zwischen den Platten verhindern, ab und zu schaffen es jedoch - besonders in entladenen Zellen - sogenannte "Dendriden", durch die Separatoren zu wachsen. Das führt zum sogenannten "Plattenschluß", die Batterie verliert rund 2 Volt (die "Nennspannung" beträgt dann nur noch 10 Volt) und muss ausgemustert werden. VRLA-Batterien (Gel-, Kristall- und AGM) sind durch ihre Elektrolytstruktur dafür weniger anfällig.

Von der Zelle zur Bleibatterie

Die Zellennennspannung beträgt bei Bleibatterien 2 Volt. Will man 12 Volt als Betriebsspannung, muss man demzufolge 6 Zellen in Reihe schalten. Letztlich besteht also eine ganz normale 12-Volt-Bordnetzbatterie aus einer Reihenparallelschaltung zahlreicher Platten. Die Reihenschaltung der Zellen erfolgt mit den sogenannten "Zellenverbindern".

Die Zellen sind im Batteriegehäuse untergebracht, das bei den geschlossenen Batterien den Elektrolyten - verdünnte Schwefelsäure - enthält. In den verschlossenen Bleibatterien liegt der Elektrolyt in gebundener Form - als Gel, in Glasfasermatten gebunden oder kristallisiert - vor. Geschlossene - nach DIN "wartungsfreie" Batterien - sind mit einem Überschuss an Elektrolyten gefüllt, der in Zusammenarbeit mit den gasungsreduzierenden Blei-Kalzium-Gittern Betriebszeiten bis zu 5 und mehr Jahren erlaubt, in denen das Auffüllen des Elektrolyten mit destilliertem Wasser entfällt, was in diesen Batterien auch nicht möglich ist.

Hier gibt es weitere Informationen zu den verschiedenen Batterietypen.

Zum Schluss noch einige Anmerkungen:

Einsatzzwecke von Bleibatterien

Ob eine Batterie für einen bestimmten Einsatzzweck (Starter-, Bordnetz- oder USV-Batterie) geeignet ist, hängt weniger von der Bauart als von den Geometrie der Platten ab. Starterbatterien beispielsweise enthalten viele relativ viele dünne Platten mit entsprechend große Oberfläche - sie können daher hohe Ströme liefern -, während sogenannte "Solarbatterien" weniger Platten enthalten, die jedoch dicker sind und daher bei gleicher Kapazität weniger anfällig für Sulfatierung sind. Dies gilt im Grunde für alle Batterietypen, wobei kleinere Differenzen in Bezug auf Ladespannungen und Zyklenfestigkeit durchaus bestehen. So sind Gelbatterien deutlich zyklenfester als geschlossene Batterien, alleine schon durch die bauartbedingte geringere mechanische Beanspruchung der aktiven Masse. Dies gilt, abgeschwächt, auch für AGM- und Kristallbauarten.

Lebensdauer nach Batterietyp

Die Lebensdauer, in Lade-/Entladezyklen ausgedrückt, ist - im zyklischen Lade-/Entladebetrieb - bei allen Bauarten von der regelmäßigen Entladetiefe bestimmt. Je tiefer eine Batterie regelmäßig entladen wird, desto weniger Zyklen werden erreicht. Diese Angabe bezieht sich allerdings immer auf die bauartspezifische Lebensdauer, die bei den geschlossenen Starterbatterien am kürzesten und bei Gel-/Kristallbatterien um Zehnerpotenzen höher liegen kann.

Wirtschaftlichkeit billiger Batterien

Dass (billige) geschlossene Bleibatterien wirtschaftlicher sind als VRLA-Batterien, ist eine Binsenweisheit, die einer näheren Betrachtung nicht standhält. Selbst, wenn man billige No-Name-geschlossene Bleibatterien mit VRLA-Batterien namhafter Hersteller vergleicht, kommt die Wahl einer verschlossenen Batterie auf Dauer deutlich preiswerter. Ausnahme: Wenn man mit einem Daycruiser unterwegs ist, der ohnehin nur mit einer Batterie bestückt ist, die vielleicht 10 mal in der Saison entladen wird. Dann hält auch besagte No-Name mit ihren 100 Zyklen 10 Jahre.