铅酸电池化学反应
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铅酸电池化学反应

铅酸蓄电池的工作原理及反应

所有电池都是作为电力和能源来源的电化学系统。 每个系统有 2 个电极(正极和负极)、电解质和隔膜。 大多数电化学系统将金属氧化物或氧本身作为正极,将金属作为负极。 这些系统可以进一步分类为一次电池和二次电池。 原电池为一次性使用;而二次电池可以多次放电和充电。

下表给出了一些商业上建立和成功的二次电池:

电化学系统 正极 消极的 电解质 评论
铅酸蓄电池 过氧化铅 PBO2 海绵状铅金属 稀硫酸 反应中使用的电解质 + 导电电子离子
锂离子电池 锂与钴、镍、锰、铁的氧化物 石墨、硅(嵌入)结合锂 锂盐用有机溶剂混合物 电解质在 2 个电极之间传导锂离子 - 无化学反应
镍镉 羟基氧化镍 Ni(O) OH 镉金属 稀氢氧化钾 电解质只传导电子离子
镍金属氢化物 羟基氧化镍 Ni(O) OH 金属合金中吸收的氢 稀氢氧化钾 电解质只传导电子离子

铅酸电池化学反应:

铅酸蓄电池有3个主要工作部件:

  1. 二氧化铅 (PbO₂) 形成多孔正极。
  2. 海绵状条件下的铅形成多孔负极。
  3. 密度从 1.200 到 1.280 比重不等的稀硫酸是电解质。 在 VRLA 电池中,酸的体积很小。 因此,通常使用更高比重的酸(如 1.300 -1.320)来实现设计容量。

电极在制造过程中使用特殊的添加剂制成多孔的,以确保在整个电池极板上发生反应。 电池隔膜(非导体)有助于隔离 2 个电极免于短路,但允许电子离子以最小的电阻通过。

当电池接负载(放电)时,负极板上的铅原子分裂成铅离子(Pb²⁺)和2个电子。 构成电流基本单位的电子起源于负极板,并通过负极端子流入外部电路。

通过负载后,电子到达正极。 电子将二氧化铅转化(还原)为铅离子。
在正极和负极中,铅离子 (Pb²⁺) 与硫酸反应生成硫酸铅。 (格莱斯顿的双硫酸盐理论)。 在镍镉电池、锂离子电池等其他电化学系统中,电解质不参与反应。 它们的作用只是在两个电极之间传导离子。

放电时的反应——铅酸电池化学反应

放电过程中的反应(这是电池的主要功能)

铅(负) 铅²⁺ + 2 e⁻ —————————— 1

PbO₂(正) Pb⁴⁺ + 2 e⁻ Pb²⁺ —————————–2

Pb²⁺ + SO₄²⁻(来自酸) PbSO₄ (在两个电极中)——–3

充电过程中 放电的铅酸电池,所有 3 个反应都发生在相反的方向,以上是铅酸电池中发生的简化的化学和电化学反应,使其成为最可靠的可充电电池系统或 二次电池系统。

一次电池和二次电池有什么区别? 原电池在使用&扔&不能充电;二次电池,on 充电,所有 3 个组件 – 正极、负极和酸都再生。

因此创建了可充电或二次电池/电池。 因此得名二次电池

内部氧循环-铅酸电池化学反应

在 VRLA 蓄电池充电过程中:
在正极板上放出 O2 气体并产生质子和电子。
2H2O → 4H + + O2 ↑ + 4e-………… 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 + 热量………… 2
—————————————————–
但是,这是一个充电过程,因此产生的硫酸铅必须再次转化为铅;硫酸是通过电化学途径通过与质子(氢离子)和电子反应生成的,这些质子是在正极板上水在充电时分解产生的。

2PbSO 4 + 4H + + 4e → 2Pb + 2H 2 SO 4 ……… 3

充放电反应-铅酸电池化学反应

原电池或电池组的反应特定于系统或化学:

以铅酸电池为例:

Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4放电 ↔ 充电 2PbSO 4 + 2H 2 O E° = 2.04 V

在镍镉电池中

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

在 Zn-Cl 2电池中:

Zn + Cl 2放电 ↔ 充电 ZnCl 2 E° = 2.12 V

在丹尼尔单元格中(这是一个初级单元格;这里注意没有可逆箭头)

Zn + Cu 2+放电 ↔ 充电 Zn 2+ + Cu(s) E° = 1.1 V

电池内部的放电和充电反应过程中会发生什么? 铅酸电池化学反应

电解质:2H 2 SO 4 = 2H + + 2HSO 4‾

负极板:Pb° = Pb 2+ HSO 4 + 2e

Pb 2+ + HSO 4‾ = PbSO 4 ↓ + H +

⇑ ⇓

正极板:PbO 2 = Pb 4+ + 2O 2-

4+ + 2e = 铅2+

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

硫酸是一种强电解质,它被分解为氢离子和硫酸氢根离子(也称为硫酸氢根离子)。

铅酸电池化学反应

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