Tindak balas kimia bateri asid plumbum
Prinsip kerja & tindak balas bateri asid plumbum
Semua Bateri adalah sistem elektrokimia yang berfungsi sebagai sumber kuasa dan tenaga elektrik. Setiap sistem mempunyai 2 elektrod (Positif dan Negatif), elektrolit dan pemisah. Kebanyakan sistem elektrokimia mempunyai oksida logam atau oksigen itu sendiri sebagai Positif dan logam sebagai Negatif. Sistem boleh dikelaskan lagi sebagai bateri Utama dan bateri sekunder. Bateri utama adalah untuk kegunaan sekali sahaja; manakala bateri sekunder boleh dinyahcas dan dicas semula beberapa kali.
Beberapa bateri sekunder yang ditubuhkan secara komersial dan berjaya diberikan dalam jadual berikut:
| Sistem elektrokimia | Elektrod Positif | Negatif | Elektrolit | Kenyataan | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Bateri Asid Plumbum | Plumbum Peroksida PBO2 | Logam plumbum dalam bentuk span | Asid sulfurik cair | Elektrolit digunakan dalam tindak balas + pengalir ion elektronik | ||
| Bateri litium ion | Litium dengan oksida Kobalt, Nikel, Mangan, Besi | Grafit, Silikon dengan Litium terikat (berselang-seli). | Campuran pelarut organik untuk garam litium | Elektrolit untuk mengalirkan ion litium antara 2 elektrod - Tiada tindak balas kimia | ||
| Nikel Kadmium | Nikel oksihidroksida Ni(O) OH | Logam Kadmium | Cairkan Kalium Hidroksida | Elektrolit hanya untuk mengalirkan ion elektronik | ||
| Nikel Logam Hidrida | Nikel oksihidroksida Ni(O) OH | Hidrogen diserap dalam aloi logam | Cairkan Kalium Hidroksida | Elektrolit hanya untuk mengalirkan ion elektronik | ||
Tindak balas kimia bateri asid plumbum:
Bateri Asid Plumbum mempunyai 3 komponen kerja utama:
- Plumbum Dioksida (PbO₂) membentuk Elektrod Positif Berliang.
- Plumbum dalam keadaan Spongy membentuk elektrod Negatif berliang.
- Asid sulfurik cair dengan ketumpatan berbeza dari 1.200 hingga 1.280 graviti tentu adalah elektrolit. Dalam bateri VRLA isipadu asid adalah rendah. Oleh itu, graviti tentu asid yang lebih tinggi seperti 1.300 -1.320 biasanya digunakan untuk mencapai kapasiti yang direka bentuk.
Elektrod dibuat berliang menggunakan bahan tambahan khas semasa pembuatan, untuk memastikan tindak balas berlaku di seluruh sebahagian besar plat bateri. Pemisah bateri (bukan konduktor) membantu dalam mengasingkan 2 elektrod daripada pintasan, tetapi membenarkan ion elektronik melalui dengan rintangan elektrik minimum.
Apabila bateri disambungkan kepada beban (nyahcas), atom plumbum pada plat negatif berpecah kepada ion plumbum (Pb²⁺) dan 2 elektron. Elektron yang membentuk unit asas arus berasal dari plat negatif dan mengalir melalui terminal negatif ke litar luar.
Selepas melalui beban, elektron tiba di terminal positif. Elektron menukar (mengurangkan) plumbum dioksida kepada ion plumbum.
Dalam kedua-dua elektrod positif dan negatif, ion plumbum (Pb²⁺) bertindak balas dengan asid sulfurik untuk membentuk LEAD SULPHATE. (Teori Ganda Sulfat Gladstone). Dalam sistem elektrokimia lain seperti bateri Nikel-Kadmium, bateri Litium-ion, elektrolit tidak mengambil bahagian dalam tindak balas. Peranan mereka hanya untuk menghantar ion antara dua elektrod.
Tindak balas semasa nyahcas - Tindak balas kimia bateri asid plumbum
Reaksi semasa Nyahcas (Yang Merupakan Fungsi Utama Bateri)
Pb (Negatif) → Pb²⁺ + 2 e⁻ ——————————– 1
PbO₂( Positif) Pb⁴⁺ + 2 e⁻ → Pb²⁺ —————————-2
Pb²⁺ + SO₄²⁻ (daripada asid) → PbSO₄ ( dalam kedua-dua elektrod)——–3
Semasa pengecasan daripada bateri asid plumbum yang telah dinyahcas, kesemua 3 tindak balas berlaku dalam arah songsang, Di atas adalah tindak balas kimia dan elektrokimia yang dipermudahkan yang berlaku dalam bateri asid plumbum menjadikannya sistem bateri BOLEH DICHARGEABEL paling boleh dipercayai atau Sistem bateri SEKUNDER.
Apakah perbezaan antara bateri primer & sekunder? Walaupun bateri utama digunakan & dibuang & tidak boleh dicas semula; bateri sekunder, oDalam pengecasan, kesemua 3 komponen – positif, negatif dan asid dijana semula.
Oleh itu sel/bateri boleh dicas semula atau sekunder dicipta. Oleh itu dinamakan bateri sekunder
Kitaran oksigen dalaman - Tindak balas kimia bateri asid plumbum
Semasa mengecas bateri VRLA:
Pada plat positif, gas O2 berkembang dan proton dan elektron dihasilkan.
2H2O → 4H + + O2 ↑ + 4e- ……… Pers. 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 + Haba ……… Pers. 2
—————————————————–
Tetapi, ini adalah proses pengecasan, sulfat plumbum yang dihasilkan semula perlu ditukar kepada plumbum; asid sulfurik dijana melalui laluan elektrokimia dengan bertindak balas dengan proton (ion hidrogen) dan elektron yang terhasil daripada penguraian air pada plat positif apabila ia dicas.
2PbSO 4 + 4H + + 4e − → 2Pb + 2H 2 SO 4 ……… Pers. 3
Tindak balas nyahcas & Cas - Tindak balas kimia bateri asid plumbum
Tindak balas sel galvanik atau bateri adalah khusus untuk sistem atau kimia:
Sebagai contoh, sel asid plumbum:
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 Nyahcas ↔ Cas 2PbSO 4 + 2H 2 O E° = 2.04 V
Dalam sel Ni-Cd
Cd + 2NiOOH + 2H 2 O Nyahcas ↔ Cas Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2 E° = 1.32 V
Dalam sel Zn-Cl 2 :
Nyahcas Zn + Cl 2 ↔ Cas ZnCl 2 E° = 2.12 V
Dalam sel Daniel (Ini adalah sel primer; di sini perhatikan ketiadaan anak panah boleh balik)
Zn + Cu 2+ Nyahcas ↔ Cas Zn 2+ + Cu(s) E° = 1.1 V
Apakah yang berlaku semasa tindak balas nyahcas & cas di dalam sel? Tindak balas kimia bateri asid plumbum
Elektrolit: 2H 2 SO 4 = 2H + + 2HSO 4‾
Plat negatif: Pb° = Pb 2+ HSO 4 + 2e
Pb 2+ + HSO 4‾ = PbSO 4 ↓ + H +
⇑ ⇓
Plat positif: PbO 2 = Pb 4+ + 2O 2-
Pb 4+ + 2e = Pb 2+
Pb 2+ + 3H + + HSO 4‾ +2O 2- =PbSO 4¯ ↓+ 2H 2 O
Asid sulfurik sebagai elektrolit yang kuat, ia dipisahkan sebagai ion hidrogen dan ion bisulfat (juga dipanggil ion hidrogen sulfat).
