2023 9월 납축전지 화학반응 에 대한

납축전지 화학반응

납축전지의 작동 원리와 반응

모든 배터리는 전력 및 에너지의 공급원으로 기능하는 전기화학 시스템입니다. 각 시스템에는 2개의 전극(포지티브 및 네거티브), 전해질 및 분리기가 있습니다. 대부분의 전기화학 시스템은 금속 산화물 또는 산소 자체를 양으로, 금속을 음으로 가지고 있습니다. 시스템은 1차 전지와 2차 전지로 더 분류할 수 있습니다. 1차 전지는 일회용입니다. 반면 이차 전지는 여러 번 방전 및 충전할 수 있습니다.

상업적으로 확립되고 성공적인 이차 전지 중 일부는 다음 표에 나와 있습니다.

전기화학 시스템	양극	부정적인	전해질	비고
납축전지	과산화납 PBO2	스폰지 형태의 납 금속	묽은 황산	반응에 사용되는 전해질 + 전자 이온 전도
리튬 이온 배터리	코발트, 니켈, 망간, 철의 산화물과 리튬	흑연, (삽입) 결합된 리튬이 있는 실리콘	리튬염용 유기용매 혼합물	두 전극 사이에서 리튬 이온을 전도하는 전해질 - 화학 반응 없음
니켈 카드뮴	니켈 옥시수산화물 Ni(O) OH	카드뮴 금속	묽은 수산화칼륨	전자 이온을 전도하는 전해질만
니켈 금속 수소화물	니켈 옥시수산화물 Ni(O) OH	금속 합금에 흡수된 수소	묽은 수산화칼륨	전자 이온을 전도하는 전해질만

납산 배터리 화학 반응:

납산 배터리에는 3가지 주요 작동 구성 요소가 있습니다.

이산화납(PbO₂)은 다공성 양극을 형성합니다.
Spongy 상태의 납은 다공성 음극을 형성합니다.
1.200에서 1.280까지 비중이 다른 밀도의 희석 황산이 전해질입니다. VRLA 배터리에서는 산의 양이 적습니다. 따라서 1.300 -1.320과 같은 더 높은 비중의 산이 일반적으로 설계된 용량을 달성하는 데 사용됩니다.

전극은 제조 중에 특수 첨가제를 사용하여 다공성으로 만들어 배터리 플레이트 전체에서 반응이 발생하도록 합니다. 배터리 분리기 (부도체)는 2개의 전극이 단락되지 않도록 하는 데 도움이 되지만 전자 이온이 최소한의 전기 저항 으로 통과할 수 있도록 합니다.

배터리가 부하(방전)에 연결되면 음극판의 납 원자가 납 이온(Pb²⁺)과 2개의 전자로 분리됩니다. 전류의 기본 단위를 구성하는 전자는 음극판에서 발생하여 음극 단자를 통해 외부 회로로 흐릅니다.

부하를 통과한 후 전자는 양극 단자에 도달합니다. 전자는 이산화납을 납 이온으로 변환(환원)합니다.
양극과 음극 모두에서 납 이온(Pb²⁺)은 황산과 반응하여 황산 납을 형성합니다. (글래드스톤의 이중 황산염 이론). 니켈-카드뮴 배터리, 리튬 이온 배터리와 같은 다른 전기화학 시스템에서는 전해질이 반응에 참여하지 않습니다. 그들의 역할은 두 전극 사이에서 이온을 전도하는 것뿐입니다.

방전 중 반응 - 납축전지 화학반응

방전 시 반응(배터리의 주요 기능)

납(음수) → 납²⁺ + 2 e⁻ —————————— 1

PbO₂(양) Pb⁴⁺ + 2 e⁻ → 납²⁺ ——————————————2

Pb²⁺ + SO₄²⁻ (산에서) → PbSO₄ (두 전극에서)——–3

충전 중 방전된 납축전지의 경우 3가지 반응이 모두 역방향으로 일어납니다. 위의 반응은 납축전지에서 일어나는 간단한 화학적, 전기화학적 반응으로 가장 신뢰할 수 있는 RECHARGEABLE 배터리 시스템 또는 보조 배터리 시스템.

1차 전지와 2차 전지의 차이점은 무엇인가요? 1차 전지는 사용하고 던지고 재충전할 수 없는 동안; 이차 전지, on 충전 시 양극, 음극 및 산의 3가지 구성 요소가 모두 재생됩니다.

따라서 충전식 또는 이차 전지/배터리가 생성됩니다. 따라서 이차 전지라는 이름은

내부 산소 순환 - 납축전지 화학반응

VRLA 배터리 충전 중:
양극판에서는 O2 가스가 발생하고 양성자와 전자가 생성됩니다.
2H2O → 4H ⁺ + O2 ↑ + 4e- ……… 식. 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 + 열 …… Eq. 2
—————————————————–
그러나 이것은 충전 과정이기 때문에 이렇게 생성된 황산 납은 다시 납으로 전환되어야 합니다. 황산은 전하를 띠는 양극판에서 물이 분해되어 생기는 양성자(수소이온) 및 전자와 반응하여 전기화학적 경로에 의해 생성됩니다.

2PbSO ₄ + 4H ⁺ + 4e ⁻ → 2Pb + 2H ₂ SO ₄ ……… 식. 삼

방전 및 충전 반응 - 납축전지 화학반응

갈바니 전지 또는 배터리의 반응은 시스템 또는 화학에 따라 다릅니다.

예를 들어, 납산 셀:

Pb + PbO ₂ + 2H ₂ SO ₄ 방전 ↔ 충전 2PbSO ₄ + 2H ₂ O E° = 2.04 V

Ni-Cd 전지에서

Cd + 2NiOOH + 2H ₂ O 방전 ↔ 충전 Cd(OH) ₂ + 2Ni(OH) ₂ E° = 1.32 V

Zn-Cl ₂ 전지에서:

Zn + Cl ₂ 방전 ↔ ZnCl ₂ 충전 E° = 2.12 V

다니엘 셀에서(이것은 기본 셀입니다. 여기에서 뒤집을 수 있는 화살표가 없음에 유의하십시오.)

Zn + Cu ²⁺ 방전 ↔ 충전 Zn ²⁺ + Cu(s) E° = 1.1 V

셀 내부의 방전 및 충전 반응 동안 어떤 일이 발생합니까? 납축전지 화학반응

전해질: 2H ₂ SO ₄ = 2H ⁺ + _{2HSO 4‾}

네거티브 플레이트: Pb° = Pb ²⁺ HSO ₄ + 2e

Pb ²⁺ + _{H2SO 4‾} = PbSO ₄ ↓ + H ⁺

⇑ ⇓

양극판: PbO ₂ = Pb ⁴⁺ + 2O ^2-

납 ⁴⁺ + 2e = 납 ²⁺

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

황산은 강한 전해질이므로 수소 이온과 중황산 이온(황산수소 이온이라고도 함)으로 해리됩니다.

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