De werking van een autobatterij
De batterij in een auto is een lood-accu. Deze batterij is nodig om de wagen te starten en om alles wat elektrische energie vraagt te doen werken zoals de radio, de lichten, ... Een auto-batterij is een oplaadbare batterij. De oplading gebeurt door de elektrische energie die tijdens het rijden wordt geproduceerd door de alternator van de auto.
Een lood-accu bevat een geconcentreerde zwavelzuur(H
2SO
4)-oplossing (38 m%) waarin Pb-platen en PbO
2-platen zijn opgehangen. Eén Pb-plaat en één PbO
2-plaat vormen samen 1 cel binnen de batterij.
Ontladen van de batterij
Tijdens de stroomlevering zal de batterij ontladen. Door het elektrisch contact tussen een Pb- en een PbO
2-plaat zullen twee redox-halfreacties spontaan opgaan. Zowel Pb als PbO
2 worden hierbij omgezet in Pb
2+.
- Oxidatiereactie: Pb → Pb2+ + 2e- (De Pb-plaat is dus de anode van een cel)
- Reductiereactie: PbO2 + 2e- +4H+ → Pb2+ + 2 H2O (De PbO2-plaat vormt dus de kathode van een cel)
De elektronen die vrijkomen in de oxidatiereactie worden gebruikt in de reductiereactie.Dat deze halfreacties spontaan opgaan, kan verklaard worden op basis van de
normpotentialen (E°) van de betrokken redoxkoppels.
- E°(Pb2+/Pb) = -0.126V
- E°(PbO2/Pb2+) = 1.455V
De waarden van de normpotentialen zijn sterk verschillend. De lage normpotentiaal van het eerste koppel wijst op het sterk reducerend vermogen van Pb. Pb wordt dus heel makkelijk geoxideerd tot Pb
2+. De hoge normpotentiaal van het tweede koppel wijst op het sterk
oxiderend vermogen van PbO
2. PbO
2 wordt dus gemakkelijk gereduceerd tot Pb
2+.
Zowel aan de kathode als aan de anode zullen de gevormde Pb
2+-ionen een neerslag vormen met sulfaat(SO
42-)-ionen afkomstig van het zwavelzuur. De gevormde neerslag zal zich hechten aan de elektroden.
Pb
2+ + SO
42- → PbSO
4
Tijdens de stroomlevering zal er dus H
2SO
4 uit de oplossing verdwijnen. De dichtheid van de oplossing in de batterij zal hierdoor merkbaar afnemen. Met behulp van een dichtheidsmeting kan dus de graad van ontlading van de batterij worden gemeten.

Toestand bij begin van de ontlading

Toestand tijdens de ontlading
Opladen van de batterij

Opladen van de batterij
Om de batterij opnieuw op te laden moeten de omgekeerde halfreacties doorgaan.
- Pb2+ + 2e- → Pb (De Pb-plaat zal hier dus de kathode van de cel zijn)
- Pb2+ → PbO2 + 2e- (De PbO2-plaat zal dus moeten fungeren als de anode van de cel)
Deze halfreacties zullen nooit spontaan opgaan. Hiervoor moet externe elektrische energie worden toegevoerd. Dit gebeurt tijdens het rijden, door middel van de alternator die door de motor wordt aangedreven. Door een negatieve spanning aan te leggen op de Pb-plaat en een positieve spanning aan te leggen op de PbO
2-plaat, zullen de platen terug naar hun oorspronkelijke toestand gaan. De PbSO
4-neerslag aan de Pb-plaat wordt weer omgezet in Pb-metaal en SO
42-. De PbSO
4-neerslag aan de PbO
2 wordt weer omgezet in PbO
2 en SO
42-. Er ontstaat hierbij dus opnieuw H
2SO
4 waardoor de dichtheid van de batterijvloeistof weer zal toenemen.
Geleverde spanning door een autobatterij

autobatterij van 12V
Eén zo’n cel kan een spanning leveren van 2V. Door 6 cellen in serie te schakelen, kan echter een spanning van 12V worden verkregen. In serie schakelen, betekent dat de anoden en de kathoden van een reeks opeenvolgende cellen met elkaar worden verbonden.