химическая реакция свинцово-кислотного аккумулятора
Contents in this article

Химическая реакция свинцово-кислотного аккумулятора

Принципы работы и реакции свинцово-кислотного аккумулятора

Все аккумуляторы представляют собой электрохимические системы, которые функционируют как источник электрической энергии и тока. Каждая система имеет 2 электрода (положительный и отрицательный), электролит и сепаратор. В большинстве электрохимических систем в качестве положительного элемента выступает оксид металла или сам кислород, а в качестве отрицательного — металл. Системы могут быть далее классифицированы как первичные и вторичные батареи. Первичные батареи предназначены для одноразового использования, а вторичные батареи можно разряжать и заряжать несколько раз.

Некоторые из коммерческих и успешных вторичных батарей приведены в следующей таблице:

Электрохимическая система Положительный электрод Негатив Электролит Примечания
Свинцово-кислотная батарея Пероксид свинца PBO2 Металлический свинец в губчатой форме Разбавленная серная кислота Электролит, используемый в реакциях + проводящий электронные ионы
Литий-ионная батарея Литий с оксидом кобальта, никеля, марганца, железа Графит, кремний с (интеркалированным) связанным литием Смесь органических растворителей для солей лития Электролит для проведения ионов лития между двумя электродами - Отсутствие химических реакций
Никель Кадмий Оксигидроксид никеля Ni(O) OH Металлический кадмий Разбавленный гидроксид калия Электролит только для проведения электронных ионов
Гидрид никелевого металла Оксигидроксид никеля Ni(O) OH Водород, поглощенный в металлическом сплаве Разбавленный гидроксид калия Электролит только для проведения электронных ионов

Химическая реакция свинцово-кислотного аккумулятора:

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет 3 основных рабочих компонента:

  1. Диоксид свинца (PbO₂) образует пористый положительный электрод.
  2. Свинец в губчатом состоянии образует пористый отрицательный электрод.
  3. Электролитом является разбавленная серная кислота плотностью от 1,200 до 1,280 удельного веса. В батареях VRLA объем кислоты невелик. Поэтому для достижения проектной производительности обычно используется более высокий удельный вес кислоты, например, 1,300 -1,320.

Электроды делаются пористыми с использованием специальных добавок в процессе производства, чтобы реакции происходили по всей основной массе пластин аккумулятора. Сепаратор батареи (непроводник) помогает изолировать два электрода от замыкания, но позволяет электронным ионам проходить через них с минимальным электрическим сопротивлением.

Когда аккумулятор подключен к нагрузке (разряд), атом свинца на отрицательной пластине расщепляется на ион свинца (Pb²⁺) и 2 электрона. Электроны, составляющие основную единицу тока, возникают на отрицательной пластине и протекают через отрицательную клемму во внешнюю цепь.

После прохождения через нагрузку электроны попадают на положительную клемму. Электроны преобразуют (восстанавливают) диоксид свинца в ионы свинца.
Как на положительном, так и на отрицательном электродах ионы свинца (Pb²⁺) реагируют с серной кислотой, образуя сульфат свинца. (Теория двойного сульфата Гладстона). В других электрохимических системах, таких как никель-кадмиевые батареи, литий-ионные батареи, электролиты не участвуют в реакциях. Их роль заключается только в проведении ионов между двумя электродами.

Реакции во время разряда - Химическая реакция свинцово-кислотного аккумулятора

Реакции во время разряда (что является основной функцией батареи)

Pb (отрицательный)

Pb²⁺ + 2 e- ——————————1

PbO₂( положительный) Pb⁴⁺ + 2 e-

Pb²⁺ ——————————2

Pb²⁺ + SO₄²- (из кислоты)

PbSO₄ (в обоих электродах)———3

Во время зарядки разряженного свинцово-кислотного аккумулятора все три реакции протекают в обратном направлении. Выше приведены упрощенные химические и электрохимические реакции, происходящие в свинцово-кислотном аккумуляторе, что делает его самой надежной системой регенерируемых аккумуляторов или ВТОРИЧНОЙ аккумуляторной системой.

В чем разница между первичным и вторичным аккумулятором? В то время как первичные батареи используются и выбрасываются и не могут быть перезаряжены, вторичные батареи, oпри зарядке все 3 компонента — положительный, отрицательный и кислота — регенерируются.

Таким образом, создается перезаряжаемый или вторичный элемент/батарея. Отсюда и название вторичный аккумулятор

Внутренний кислородный цикл - химическая реакция свинцово-кислотного аккумулятора

Во время зарядки батареи VRLA:
На положительной пластине выделяется газ O2 и образуются протоны и электроны.
2H2O → 4H+ + O2 ↑ + 4e- ……… Eq. 1

2Pb + O2 → 2PbO
2PbO + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
——————————————————
2Pb + O2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O + тепло ……… Уравнение 2
——————————————————
Но, поскольку это процесс зарядки, полученный таким образом сульфат свинца снова должен быть преобразован в свинец; серная кислота образуется электрохимическим путем, вступая в реакцию с протонами (ионами водорода) и электронами, образующимися в результате разложения воды на положительных пластинах, когда они заряжены.

2PbSO4 + 4H+ + 4e- → 2Pb + 2H2SO4 ……… Уравнение 3

Реакции разряда и заряда - Химическая реакция свинцово-кислотного аккумулятора

Реакции гальванического элемента или батареи специфичны для системы или химического состава:

Например, свинцово-кислотный элемент:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 Разряд ↔ Заряд 2PbSO4 + 2H2O E° = 2,04 В

В никель-кадмиевом элементе

Cd + 2NiOOH + 2H2O Разряд ↔ Заряд Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 E° = 1,32 В

В ячейке Zn-Cl2:

Zn + Cl2 Разряд ↔ Заряд ZnCl2 E° = 2,12 В

В клетке Даниеля (Это первичная клетка; здесь обратите внимание на отсутствие обратимых стрелок)

Zn + Cu2+ Разряд ↔ Заряд Zn2+ + Cu(s) E° = 1,1 В

Что происходит во время реакций разряда и заряда внутри клетки? Химическая реакция свинцово-кислотного аккумулятора

Электролит: 2H2SO4 = 2H+ + 2HSO4‾

Отрицательная пластина: Pb° = Pb2+ HSO4 + 2e

Pb2+ + HSO4‾ = PbSO4 ↓ + H+

⇑ ⇓

Положительная пластина: PbO2 = Pb4+ + 2O2-

Pb4+ + 2e = Pb2+

Pb2++ 3H+ + HSO4‾ +2O2- =PbSO4 ¯↓+ 2H2O

Серная кислота, будучи сильным электролитом, диссоциирует в виде ионов водорода и бисульфат-ионов (также называемых сульфат-ионами водорода).

химическая реакция свинцово-кислотного аккумулятора

Please share if you liked this article!

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!

Аккумулятор EFB

Руководство по батареям EFB

Что такое аккумулятор EFB? Значение батареи EFB Стремясь снизить выбросы CO2 автомобилями с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), производители все чаще используют так называемую технологию старт-стоп.

Калькулятор емкости аккумулятора

Калькулятор емкости аккумулятора

Калькулятор емкости батареи для свинцово-кислотных аккумуляторов Калькулятор емкости батареи помогает рассчитать необходимую емкость Ah для конкретного применения. Рассмотрим пример инверторной батареи Почему это необходимо? В

Сепараторы аккумуляторов

Сепараторы из ПВХ

Что такое сепараторы из ПВХ? ПВХ-сепараторы — это микропористые мембраны, помещаемые между отрицательными и положительными пластинами свинцово-кислотных аккумуляторов для предотвращения любого контакта между ними, чтобы

Присоединяйтесь к нашей рассылке!

Присоединяйтесь к нашему списку рассылки из 8890 удивительных людей, которые будут в курсе наших последних обновлений в области аккумуляторных технологий

Ознакомьтесь с нашей политикой конфиденциальности здесь — мы обещаем, что не будем передавать ваш e-mail никому и не будем спамить вас. Вы можете отказаться от подписки в любое время.