Reaksi kimia baterai asam timbal
Prinsip kerja & reaksi baterai timbal-asam
Semua Baterai adalah sistem elektrokimia yang berfungsi sebagai sumber tenaga dan energi listrik. Setiap sistem memiliki 2 elektroda (Positif dan Negatif), elektrolit dan pemisah. Kebanyakan sistem elektrokimia memiliki oksida logam atau oksigen itu sendiri sebagai Positif dan logam sebagai Negatif. Sistem dapat diklasifikasikan lebih lanjut sebagai baterai primer dan sekunder. Baterai utama adalah untuk penggunaan satu kali; sedangkan baterai sekunder dapat dikosongkan dan diisi ulang beberapa kali.
Beberapa baterai sekunder yang dibuat secara komersial dan sukses diberikan dalam tabel berikut:
| Sistem elektrokimia | Elektroda Positif | Negatif | Elektrolit | Catatan | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Baterai Asam Timbal | Timbal Peroksida PBO2 | Logam timbal dalam bentuk spons | Asam sulfat encer | Elektrolit yang digunakan dalam reaksi + ion elektronik penghantar | ||
| Baterai ion lithium | Lithium dengan oksida Cobalt, Nikel, Mangan, Besi | Grafit, Silikon dengan Litium terikat (interkalasi) | Campuran pelarut organik untuk garam lithium | Elektrolit untuk menghantarkan ion litium antara 2 elektroda - Tidak ada reaksi kimia | ||
| nikel kadmium | Nikel oksihidroksida Ni(O) OH | logam kadmium | Encerkan Kalium Hidroksida | Elektrolit hanya untuk menghantarkan ion elektronik | ||
| Hidrida Logam Nikel | Nikel oksihidroksida Ni(O) OH | Hidrogen diserap dalam paduan logam | Encerkan Kalium Hidroksida | Elektrolit hanya untuk menghantarkan ion elektronik | ||
Reaksi kimia baterai asam timbal:
Baterai Lead Acid memiliki 3 komponen kerja utama:
- Timbal Dioksida (PbO₂) membentuk Elektroda Positif Berpori.
- Timbal dalam kondisi Spons membentuk elektroda Negatif berpori.
- Asam sulfat encer dengan kerapatan bervariasi dari 1,200 hingga 1,280 berat jenis adalah elektrolit. Dalam baterai VRLA volume asam rendah. Oleh karena itu, berat jenis asam yang lebih tinggi seperti 1,300 -1,320 umumnya digunakan untuk mencapai kapasitas yang dirancang.
Elektroda dibuat berpori menggunakan aditif khusus selama pembuatan, untuk memastikan reaksi terjadi di seluruh sebagian besar pelat baterai. Pemisah baterai (non-konduktor) membantu dalam mengisolasi 2 elektroda dari korslet, tetapi memungkinkan ion elektronik untuk melewati dengan hambatan listrik minimum.
Ketika baterai dihubungkan ke beban (pengosongan), atom timbal pada pelat negatif terpecah menjadi ion timbal (Pb²⁺) dan 2 elektron. Elektron yang membentuk unit dasar arus berasal dari pelat negatif dan mengalir melalui terminal negatif ke sirkuit eksternal.
Setelah melewati beban elektron tiba di terminal positif. Elektron mengubah (mengurangi) timbal dioksida menjadi ion timbal.
Dalam elektroda positif dan negatif, ion timbal (Pb²⁺) bereaksi dengan asam sulfat untuk membentuk LEAD SULPHATE. (Teori Sulfat Ganda Gladstone). Dalam sistem elektrokimia lain seperti baterai Nickel-Cadmium, baterai Lithium-ion, elektrolit tidak mengambil bagian dalam reaksi. Peran mereka hanya untuk melakukan ion antara dua elektroda.
Reaksi selama pengosongan - Reaksi kimia baterai asam timbal
Reaksi Selama Discharge (Yang Merupakan Fungsi Utama Baterai)
Pb (Negatif) → Pb²⁺ + 2 e⁻ —————————— 1
PbO₂( Positif) Pb⁴⁺ + 2 e⁻ → Pb²⁺ —————————–2
Pb²⁺ + SO₄²⁻ (dari asam) → PbSO (di kedua elektroda) ——–3
Selama pengisian dari baterai asam timbal yang dilepaskan, semua 3 reaksi berlangsung dalam arah sebaliknya, Di atas adalah reaksi kimia dan elektrokimia yang disederhanakan yang terjadi dalam baterai asam timbal menjadikannya sistem baterai ISI ULANG yang paling dapat diandalkan atau SEKUNDER Sistem baterai.
Apa perbedaan antara baterai primer & sekunder? Sementara baterai primer digunakan & dibuang & tidak dapat diisi ulang; baterai sekunder, on pengisian, semua 3 komponen – positif, negatif dan asam diregenerasi.
Jadi sel/baterai yang dapat diisi ulang atau sekunder dibuat. Karenanya nama baterai sekunder
Siklus oksigen internal - Reaksi kimia baterai asam timbal
Selama pengisian baterai VRLA:
Pada pelat positif, gas O2 berevolusi dan proton dan elektron dihasilkan.
2H2O → 4H + + O2 + 4e- ……… Persamaan. 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 + Panas ……… Persamaan. 2
—————————————————–
Tetapi, karena ini adalah proses pengisian, timbal sulfat yang dihasilkan lagi harus diubah menjadi timbal; asam sulfat dihasilkan melalui jalur elektrokimia dengan bereaksi dengan proton (ion hidrogen) dan elektron yang dihasilkan dari penguraian air pada pelat positif saat bermuatan.
2PbSO 4 + 4H + + 4e → 2Pb + 2H 2 SO 4 ……… Persamaan. 3
Reaksi Discharge & Charge - Reaksi kimia baterai asam timbal
Reaksi sel galvanik atau baterai khusus untuk sistem atau kimia:
Misalnya, sel asam timbal:
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 Debit Muatan 2PbSO 4 + 2H 2 O E° = 2,04 V
Dalam sel Ni-Cd
Debit Cd + 2NiOOH + 2H 2 O Muatan Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2 E° = 1,32 V
Dalam sel Zn-Cl2 :
Debit Zn + Cl 2 Muatan ZnCl 2 E° = 2,12 V
Dalam sel Daniel (Ini adalah sel primer; di sini perhatikan tidak adanya panah reversibel)
Debit Zn + Cu 2+ Muatan Zn 2+ + Cu(s) E° = 1,1 V
Apa yang terjadi selama reaksi pelepasan & pengisian di dalam sel? Reaksi kimia baterai asam timbal
Elektrolit: 2H 2 SO 4 = 2H + + 2HSO 4‾
Pelat negatif: Pb° = Pb 2+ HSO 4 + 2e
Pb 2+ + HSO 4‾ = PbSO4 + H +
⇑ ⇓
Pelat positif: PbO 2 = Pb 4+ + 2O 2-
Pb 4+ + 2e = Pb 2+
Pb 2+ + 3H + + HSO 4‾ +2O 2- =PbSO 4 + 2H 2 O
Asam sulfat menjadi elektrolit kuat, ia dipisahkan sebagai ion hidrogen dan ion bisulfat (juga disebut ion hidrogen sulfat).
