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Sulfatierung von Bleiakkumulatoren

Bleiakkumulatoren sind wiederaufladbare Batterien zur Speicherung von elektrischer Energie, die durch elektrochemische Prozesse erzeugt wird. Die Akkumulatoren besitzen Elektroden aus Blei (Pb) bzw. Bleidioxid (PbO2) und sind gefüllt mit verdünnter Schwefelsäure (37%-ige H2SO4) als Elektrolyt.

Beim Entladen von Bleiakkumulatoren bildet sich fein dispergiertes Bleisulfat (PbSO4) auf den Elektroden. Dieser Prozess kann durch Aufladen der Bleiakkus umgekehrt werden. Die Sulfatierung jedoch, ein permanenter Alterungsprozess, der durch die Bildung von grob-kristallinen Bleisulfatablagerungen gekennzeichnet ist, kann zu fortschreitendem Leistungsverlust der Batterie bis hin zu einem vollständigen Ausfall durch Kurzschluss führen. Die Art, Kinetik und räumliche Verteilung dieser kristallinen Ablagerungen ist daher sowohl für Batteriehersteller als auch für Entwickler von Technologien, die die Sulfatierung verhindern sollen, von großem Forschungsinteresse. Röntgenspektroskopische Elementverteilungsbilder sind dabei ideal für die Untersuchung der Art und räumlichen Verteilung von Ablagerungen verschiedener chemischer Zusammensetzung.

Das QUANTAX WDS System ist ein leistungsfähiges Analysegerät, das Röntgenpeak-Überlappungen von Pb und S gut auflösen und damit die Zusammensetzung und räumliche Verteilung chemischer Phasen bestimmen kann, die während des Zustandswechsels oder bei der Alteration in Batterien entstehen.

Elementverteilungsbild für S und Pb auf der Elektrode einer Bleibatterie, aufgenommen mit kombinierter WDS- und EDS-Röntgenspektroskopie.
Der dargestellte Abschnitt des Röntgenspektrums vom Bleisulfat belegt die hohe Spektralauflösung von WDS im Gegensatz zu EDS.