تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية
Contents in this article

تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية

مبادئ العمل وردود فعل بطارية الرصاص الحمضية

جميع البطاريات هي أنظمة كهروكيميائية تعمل كمصدر للطاقة الكهربائية والطاقة. يحتوي كل نظام على قطبين (موجب وسالب) ، إلكتروليت وفاصل. تحتوي معظم الأنظمة الكهروكيميائية على أكسيد فلز أو أكسجين بحد ذاته موجب والمعدن سالب. يمكن تصنيف الأنظمة أيضًا على أنها بطاريات أولية وثانوية. البطاريات الأساسية للاستخدام مرة واحدة ؛ بينما يمكن تفريغ البطاريات الثانوية وإعادة شحنها عدة مرات.

بعض البطاريات الثانوية التجارية الناجحة موضحة في الجدول التالي:

نظام الكهروكيميائية القطب الموجب سلبي بالكهرباء ملاحظات
بطارية الرصاص الحمضية الرصاص بيروكسيد PBO2 معدن الرصاص في شكل إسفنجي حمض الكبريتيك المخفف المنحل بالكهرباء المستخدم في التفاعلات + توصيل الأيونات الإلكترونية
بطارية ليثيوم أيون ليثيوم مع أكسيد الكوبالت والنيكل والمنغنيز والحديد الجرافيت والسيليكون مع الليثيوم (المقحم) المرتبط خليط مذيبات عضوي لأملاح الليثيوم المنحل بالكهرباء لتوصيل أيونات الليثيوم بين قطبين - لا توجد تفاعلات كيميائية
النيكل والكادميوم نيكل أوكسي هيدروكسيد Ni (O) OH معدن الكادميوم مخفف هيدروكسيد البوتاسيوم المنحل بالكهرباء فقط لتوصيل الأيونات الإلكترونية
النيكل هيدريد المعادن نيكل أوكسي هيدروكسيد Ni (O) OH يُمتص الهيدروجين في سبيكة معدنية مخفف هيدروكسيد البوتاسيوم المنحل بالكهرباء فقط لتوصيل الأيونات الإلكترونية

تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية:

تحتوي بطارية الرصاص الحمضية على 3 مكونات عمل رئيسية:

  1. يشكل ثاني أكسيد الرصاص (PbO₂) القطب الموجب المسامي.
  2. يشكل الرصاص في الحالة الإسفنجية القطب السالب المسامي.
  3. حامض الكبريتيك المخفف بكثافة تتراوح من 1.200 إلى 1.280 جاذبية نوعية هو المنحل بالكهرباء. في بطاريات VRLA ، يكون حجم الحمض منخفضًا. لذلك ، يتم استخدام الثقل النوعي الأعلى للحمض مثل 1.300-1.320 بشكل شائع لتحقيق السعة المصممة.

تصنع الأقطاب الكهربائية مسامية باستخدام إضافات خاصة أثناء التصنيع ، لضمان حدوث تفاعلات في جميع أنحاء الجزء الأكبر من لوحة البطارية. يساعد فاصل البطارية (غير موصل) في عزل قطبين من التقصير ، ولكنه يسمح للأيونات الإلكترونية بالمرور بأقل مقاومة كهربائية .

عندما يتم توصيل البطارية بحمل (تفريغ) ، تنقسم ذرة الرصاص الموجودة على اللوحة السالبة إلى أيون رصاص (Pb²⁺) وإلكترونين. تنشأ الإلكترونات التي تشكل الوحدة الأساسية للتيار عند اللوحة السالبة وتتدفق عبر الطرف السالب إلى الدائرة الخارجية.

بعد المرور بالحمل ، تصل الإلكترونات إلى الطرف الموجب. تقوم الإلكترونات بتحويل (تقليل) ثاني أكسيد الرصاص إلى أيونات الرصاص.
في كل من الأقطاب الموجبة والسالبة ، تتفاعل أيونات الرصاص (Pb²⁺) مع حامض الكبريتيك لتكوين كبريتات الرصاص. (نظرية كبريتات مزدوجة جلادستون). في الأنظمة الكهروكيميائية الأخرى مثل بطاريات النيكل والكادميوم وبطاريات الليثيوم أيون ، لا تشارك الإلكتروليتات في التفاعلات. دورهم هو فقط توصيل الأيونات بين القطبين.

التفاعلات أثناء التفريغ - تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية

ردود الفعل أثناء التفريغ (وهي الوظيفة الرئيسية للبطارية)

الرصاص (سلبي) Pb²⁺ + 2 e⁻ —————————— 1

PbO₂ (إيجابي) Pb⁴⁺ + 2 e⁻ Pb²⁺ —————————– 2

Pb²⁺ + SO₄²⁻ (من الحمض) PbSO₄ (في كلا القطبين) ——– 3

أثناء الشحن لبطارية حمض الرصاص المفرغة ، تحدث جميع التفاعلات الثلاثة في الاتجاه العكسي ، ما سبق هو التفاعلات الكيميائية والكهروكيميائية المبسطة التي تحدث في بطارية حمض الرصاص مما يجعلها أكثر أنظمة البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي يمكن الاعتماد عليها أو نظام البطارية الثانوية.

ما الفرق بين البطارية الأساسية والثانوية؟ أثناء استخدام البطاريات الأساسية ورميها ولا يمكن إعادة شحنها ؛ البطاريات الثانوية ، سn الشحن ، يتم تجديد جميع المكونات الثلاثة – الإيجابية والسلبية والحمضية.

وبالتالي يتم إنشاء خلية / بطارية قابلة لإعادة الشحن أو ثانوية. ومن هنا جاء اسم البطارية الثانوية

دورة الأكسجين الداخلية - تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية

أثناء شحن بطارية VRLA:
في اللوحة الموجبة ، يتطور غاز O2 ويتم إنتاج البروتونات والإلكترونات.
2H2O → 4H + + O2 ↑ + 4e- ……… مكافئ. 1

2Pb + O2 → 2PbO
2PbO + 2H 2 SO 4 → 2PbSO 4 + 2H 2 O
——————————————————
2Pb + O2 + 2H 2 SO 4 → 2PbSO 4 + 2H 2 O + الحرارة ……… 2
—————————————————–
ولكن ، نظرًا لكون هذه عملية الشحن ، يجب تحويل كبريتات الرصاص التي يتم إنتاجها على هذا النحو مرة أخرى إلى رصاص ؛ يتولد حمض الكبريتيك عن طريق مسار كهروكيميائي عن طريق التفاعل مع البروتونات (أيونات الهيدروجين) والإلكترونات الناتجة عن تحلل الماء عند الصفائح الموجبة عند شحنها.

2PbSO 4 + 4H + + 4e → 2Pb + 2H 2 SO 4 ……… مكافئ. 3

تفاعلات التفريغ والشحن - تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية

تكون تفاعلات الخلية أو البطارية الجلفانية خاصة بالنظام أو الكيمياء:

على سبيل المثال ، خلية حمض الرصاص:

Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 التفريغ شحن 2PbSO 4 + 2H 2 O E ° = 2.04 V

في خلية Ni-Cd

Cd + 2NiOOH + 2H 2 O التفريغ Charge Cd (OH) 2 + 2Ni (OH) 2 E ° = 1.32 V

في خلية Zn-Cl 2 :

تفريغ Zn + Cl 2 ↔ شحن ZnCl 2 E ° = 2.12 فولت

في خلية دانيال (هذه خلية أساسية ؛ لاحظ هنا عدم وجود أسهم قابلة للعكس)

Zn + Cu 2+ التفريغ ↔ شحن Zn 2+ + Cu (s) E ° = 1.1 فولت

ماذا يحدث أثناء تفاعلات التفريغ والشحن داخل الخلية؟ تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية

المنحل بالكهرباء: 2H 2 SO 4 = 2H + 2HSO 4‾

اللوحة السلبية: Pb ° = Pb 2+ HSO 4 + 2e

Pb 2+ + HSO 4‾ = PbSO 4 ↓ + H +

⇑ ⇓

لوحة موجبة: PbO 2 = Pb 4+ + 2O 2-

الرصاص 4+ + 2 هـ = الرصاص 2+

Pb 2+ + 3H + + HSO 4‾ + 2O 2- = PbSO 4 ¯ ↓ + 2H 2 O

حمض الكبريتيك هو إلكتروليت قوي ، يتم تفكيكه على شكل أيونات الهيدروجين وأيونات ثنائي كبريتات (وتسمى أيضًا أيون كبريتات الهيدروجين).

تفاعل كيميائي لبطارية الرصاص الحمضية

Please share if you liked this article!

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin
Share on print
Share on email
Share on whatsapp

Did you like this article? Any errors? Can you help us improve this article & add some points we missed?

Please email us at webmaster @ microtexindia. com

On Key

Hand picked articles for you!

تحجيم البطارية

تحجيم بطاريات بطاريات الرصاص الحمضية

كيف يتم قياس حجم البطارية لتطبيق معين؟ أصبح استخدام إمدادات الطاقة الشمسية خارج الشبكة شائعًا بشكل متزايد للتطبيقات المنزلية والصناعية والبلدية. نظرًا للطبيعة المتغيرة لمصادر

اشترك في صحيفتنا الإخبارية!

انضم إلى قائمتنا البريدية التي تضم 8890 شخصًا رائعًا في حلقة تحديثاتنا الأخيرة حول تقنية البطاريات

اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا هنا – نعدك بأننا لن نشارك بريدك الإلكتروني مع أي شخص ولن نرسل لك بريدًا عشوائيًا. يمكنك الغاء الاشتراك في اي وقت.