लीड एसिड बैटरी रासायनिक प्रतिक्रिया
लीड-एसिड बैटरी के कार्य सिद्धांत और प्रतिक्रियाएं
सभी बैटरियां विद्युत रासायनिक प्रणालियां हैं जो विद्युत शक्ति और ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करती हैं। प्रत्येक प्रणाली में 2 इलेक्ट्रोड (सकारात्मक और नकारात्मक), इलेक्ट्रोलाइट और विभाजक होते हैं। अधिकांश विद्युत रासायनिक प्रणालियों में एक धातु ऑक्साइड या ऑक्सीजन स्वयं धनात्मक और एक धातु ऋणात्मक होती है। सिस्टम को आगे प्राथमिक और द्वितीयक बैटरी के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। प्राथमिक बैटरी एक बार उपयोग के लिए हैं; जबकि सेकेंडरी बैटरियों को कई बार डिस्चार्ज और रिचार्ज किया जा सकता है।
कुछ व्यावसायिक रूप से स्थापित और सफल सेकेंडरी बैटरियों को निम्न तालिका में दिया गया है:
| विद्युत रासायनिक प्रणाली | सकारात्मक इलेक्ट्रोड | नकारात्मक | इलेक्ट्रोलाइट | टिप्पणियां | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| लेड एसिड बैटरी | लेड पेरोक्साइड PBO2 | स्पंजी रूप में सीसा धातु | पतला सल्फ्यूरिक एसिड | प्रतिक्रियाओं में प्रयुक्त इलेक्ट्रोलाइट + इलेक्ट्रॉनिक आयनों का संचालन | ||
| लिथियम आयन बैटरी | कोबाल्ट, निकेल, मैंगनीज, आयरन के ऑक्साइड के साथ लिथियम | ग्रेफाइट, सिलिकॉन (इंटरक्लेटेड) बाध्य लिथियम के साथ | लिथियम लवण के लिए कार्बनिक विलायक मिश्रण | 2 इलेक्ट्रोड के बीच लिथियम आयनों का संचालन करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट - कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं | ||
| निकल कैडमियम | निकेल ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड Ni(O) OH | कैडमियम धातु | तनु पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड | इलेक्ट्रोलाइट केवल इलेक्ट्रॉनिक आयनों का संचालन करने के लिए | ||
| निकल धातु हाइड्राइड | निकेल ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड Ni(O) OH | एक धातु मिश्र धातु में अवशोषित हाइड्रोजन | तनु पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड | इलेक्ट्रोलाइट केवल इलेक्ट्रॉनिक आयनों का संचालन करने के लिए | ||
लीड एसिड बैटरी रासायनिक प्रतिक्रिया:
लीड एसिड बैटरी में 3 मुख्य कार्य घटक होते हैं:
- लेड डाइऑक्साइड (PbO₂) पोरस पॉजिटिव इलेक्ट्रोड बनाता है।
- स्पंजी अवस्था में लेड झरझरा ऋणात्मक इलेक्ट्रोड बनाता है।
- 1.200 से 1.280 विशिष्ट गुरुत्व के घनत्व का पतला सल्फ्यूरिक एसिड इलेक्ट्रोलाइट है। VRLA बैटरी में एसिड की मात्रा कम होती है। इसलिए, 1.300 -1.320 जैसे एसिड का उच्च विशिष्ट गुरुत्व आमतौर पर डिज़ाइन की गई क्षमता को प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है।
निर्माण के दौरान विशेष एडिटिव्स का उपयोग करके इलेक्ट्रोड को झरझरा बनाया जाता है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि बैटरी प्लेट के थोक में प्रतिक्रियाएं होती हैं। बैटरी सेपरेटर (एक गैर-कंडक्टर) 2 इलेक्ट्रोड को शॉर्टिंग से अलग करने में मदद करता है, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक आयनों को न्यूनतम विद्युत प्रतिरोध के साथ गुजरने देता है।
जब बैटरी को लोड (डिस्चार्ज) से जोड़ा जाता है, तो ऋणात्मक प्लेट पर लेड परमाणु लेड आयन (Pb²⁺) और 2 इलेक्ट्रॉनों में विभाजित हो जाता है। इलेक्ट्रान जो करंट की मौलिक इकाई बनाते हैं, वे नेगेटिव प्लेट से निकलते हैं और नेगेटिव टर्मिनल से होकर बाहरी सर्किट में प्रवाहित होते हैं।
लोड से गुजरने के बाद इलेक्ट्रॉन धनात्मक टर्मिनल पर पहुंच जाते हैं। इलेक्ट्रॉन लेड डाइऑक्साइड को लीड आयनों में परिवर्तित (कम) करते हैं।
सकारात्मक और नकारात्मक दोनों इलेक्ट्रोडों में, लेड आयन (Pb²⁺) सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके लेड सल्फेट बनाते हैं। (ग्लैडस्टोन का डबल सल्फेट सिद्धांत)। अन्य इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम जैसे निकेल-कैडमियम बैटरी, लिथियम-आयन बैटरी में, इलेक्ट्रोलाइट्स प्रतिक्रियाओं में भाग नहीं लेते हैं। उनकी भूमिका केवल दो इलेक्ट्रोडों के बीच आयनों का संचालन करना है।
निर्वहन के दौरान प्रतिक्रियाएं - लीड एसिड बैटरी रासायनिक प्रतिक्रिया
निर्वहन के दौरान प्रतिक्रियाएं (बैटरी का मुख्य कार्य कौन सा है)
पंजाब (नकारात्मक) → पंजाब + 2 ई⁻ —————————- 1
PbO₂(धनात्मक) Pb⁴⁺ + 2 e⁻ → पीबी²⁺ ——————————2
Pb²⁺ + SO₄²⁻ (अम्ल से) → PbSO₄ (दोनों इलेक्ट्रोड में)———–3
चार्जिंग के दौरान एक डिस्चार्ज लेड एसिड बैटरी की, सभी 3 प्रतिक्रियाएं विपरीत दिशा में होती हैं, ऊपर लेड एसिड बैटरी में होने वाली सरल रासायनिक और विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाएं हैं जो इसे सबसे भरोसेमंद रिचार्जेबल बैटरी सिस्टम बनाती हैं या माध्यमिक बैटरी प्रणाली।
प्राइमरी और सेकेंडरी बैटरी में क्या अंतर है? जबकि प्राथमिक बैटरियों का उपयोग किया जाता है और फेंक दिया जाता है और उन्हें रिचार्ज नहीं किया जा सकता है; माध्यमिक बैटरी, ओएन चार्जिंग, सभी 3 घटक – सकारात्मक, नकारात्मक और एसिड पुन: उत्पन्न होते हैं।
इस प्रकार एक रिचार्जेबल या सेकेंडरी सेल/बैटरी बनाई जाती है। इसलिए नाम सेकेंडरी बैटरी
आंतरिक ऑक्सीजन चक्र - लीड एसिड बैटरी रासायनिक प्रतिक्रिया
VRLA बैटरी चार्ज करते समय:
धनात्मक प्लेट पर, O2 गैस निकलती है और प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं।
2H2O → 4H + + O2 ↑ + 4e- ……… समीकरण। 1
2Pb + O2 → 2PbO
2PbO + 2H 2 SO 4 → 2PbSO 4 + 2H 2 O
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2Pb + O2 + 2H 2 SO 4 → 2PbSO 4 + 2H 2 O + हीट ……… समीकरण। 2
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लेकिन, यह एक चार्जिंग प्रक्रिया होने के कारण, इस प्रकार फिर से उत्पादित लेड सल्फेट को लेड में बदलना पड़ता है; सल्फ्यूरिक एसिड एक इलेक्ट्रोकेमिकल मार्ग द्वारा प्रोटॉन (हाइड्रोजन आयनों) और इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करके उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप सकारात्मक प्लेटों पर पानी का अपघटन होता है जब वे चार्ज होते हैं।
2PbSO 4 + 4H + + 4e – → 2Pb + 2H 2 SO 4 ……… समीकरण। 3
डिस्चार्ज और चार्ज प्रतिक्रियाएं - लीड एसिड बैटरी रासायनिक प्रतिक्रिया
गैल्वेनिक सेल या बैटरी की प्रतिक्रियाएं सिस्टम या रसायन शास्त्र के लिए विशिष्ट होती हैं:
उदाहरण के लिए, लेड एसिड सेल:
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 डिस्चार्ज ↔ चार्ज 2PbSO 4 + 2H 2 O E° = 2.04 V
एक Ni-Cd सेल में
Cd + 2NiOOH + 2H 2 O डिस्चार्ज ↔ चार्ज Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2 E° = 1.32 V
Zn-Cl 2 सेल में:
Zn + Cl 2 डिस्चार्ज ↔ चार्ज ZnCl 2 E° = 2.12 V
एक डेनियल सेल में (यह एक प्राथमिक सेल है; यहाँ प्रतिवर्ती तीरों की अनुपस्थिति पर ध्यान दें)
Zn + Cu 2+ डिस्चार्ज चार्ज Zn 2+ + Cu(s) E° = 1.1 V
सेल के अंदर डिस्चार्ज और चार्ज रिएक्शन के दौरान क्या होता है? लीड एसिड बैटरी रासायनिक प्रतिक्रिया
इलेक्ट्रोलाइट: 2H 2 SO 4 = 2H + + 2HSO 4‾
ऋणात्मक प्लेट: Pb° = Pb 2+ HSO 4 + 2e
पीबी 2+ + एचएसओ 4‾ = पीबीएसओ 4 ↓ + एच +
मैं
धनात्मक प्लेट: PbO 2 = Pb 4+ + 2O 2-
पंजाब 4+ + 2e = पंजाब 2+
पीबी 2+ + 3एच + + एचएसओ 4‾ +2ओ 2- =पीबीएसओ 4 ¯ + 2एच 2 ओ
सल्फ्यूरिक एसिड एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट होने के कारण, इसे हाइड्रोजन आयनों और बाइसल्फेट आयनों (जिसे हाइड्रोजन सल्फेट आयन भी कहा जाता है) के रूप में अलग किया जाता है।
