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.
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.
