鉛酸蓄電池化學反應
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鉛酸蓄電池化學反應

鉛酸電池的工作原理和反應

所有電池都是電化學系統,可作為電力和能量的來源。 每個系統有2個電極(正極和負極),電解質和分離器。 大多數電化學系統將金屬氧化物或氧氣本身作為正極,金屬作為負極。 這些系統可以進一步分類為原電池和二次電池。 原電池是一次性使用的;而二次電池可以放電和充電幾次。

下表給出了一些商業上建立和成功的二次電池:

電化學系統 正極 陰性 電解質 言論
鉛酸蓄電池 過氧化鉛 PBO2 海綿狀鉛金屬 稀硫酸 用於反應的電解質+導電電子離子
鋰離子電池 鋰與鈷,鎳,錳,鐵的氧化物 石墨,矽與(插層)結合鋰 鋰鹽用有機溶劑混合物 電解質在2個電極之間傳導鋰離子 - 無化學反應
鎳鎘 氫氧化鎳 鎳(O) OH 金屬鎘 稀氫氧化鉀 電解質僅用於傳導電子離子
鎳氫 氫氧化鎳 鎳(O) OH 金屬合金中吸收的氫氣 稀氫氧化鉀 電解質僅用於傳導電子離子

鉛酸蓄電池化學反應:

鉛酸蓄電池有3個主要工作部件:

  1. 二氧化鉛 (PbO₂) 形成多孔正極。
  2. 鉛在海綿狀條件下形成多孔負極。
  3. 密度從1.200到1.280比重變化的稀硫酸是電解質。 在閥控式密封鉛酸蓄電池中,酸的體積很低。 因此,通常使用較高的酸比重如1.300-1.320來實現設計容量。

電極在製造過程中使用特殊添加劑製成多孔,以確保在整個電池板塊中發生反應。 電池 隔膜 (非導體)有助於隔離2個電極的短路,但允許電子離子以最小的 電阻通過 。

當電池連接到負載(放電)時,負極板上的鉛原子分裂成鉛離子(Pb²⁺)和2個電子。 形成電流基單位的電子起源於負極板,並通過負極流入外部電路。

通過負載后,電子到達正極。 電子將二氧化鉛轉化為鉛離子。
在正極和負極中,鉛離子(Pb²⁺)與硫酸反應形成硫酸鉛。 (格萊斯頓的雙硫酸鹽理論)。 在其他電化學系統中,如鎳鎘電池,鋰離子電池,電解質不參與反應。 它們的作用只是在兩個電極之間傳導離子。

放電過程中的反應 - 鉛酸電池化學反應

放電過程中的反應(這是電池的主要功能)

鉛(負)

鉛_ 2 e⁻ ——————————1

鉛₂(正)鉛⁴⁺+ 2 e⁻

鉛含量⁺ —————————–2

Pb²⁺ + SO₄²⁻ (來自酸)

PbSO₄ (在兩個電極中)——–3

放電鉛酸電池充電過程中,所有3種反應都以相反的方向發生,以上是在鉛酸電池中發生的簡化的化學和電化學反應,使其成為最可靠的可充電電池系統或 二次電池系統。

原電池和二次電池有什麼區別? 雖然原電池正在使用和投擲,但不能充電;二次電池,o充電后,所有3種成分 – 正,負和酸 – 都會再生。

因此,可充電或二次電池/電池被創建。 因此得名二次電池

內部氧迴圈-鉛酸蓄電池化學反應

在閥控式密封鉛酸蓄電池充電期間:
在正極板上,O2氣體被演化併產生質子和電子。
2H2O → 4H+ + O2 ↑ + 4e – ……等式 1

2Pb + O2 → 2PbO
2PbO + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
——————————————————
2Pb + O2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O + Heat …等式 2
—————————————————–
但是,這是一個充電過程,因此再次產生的硫酸鉛必須轉化為鉛;硫酸是通過電化學途徑通過與質子(氫離子)和電子反應而產生的,這些質子和電子在帶電時在正極板上分解而產生。

2PbSO4 + 4H+ + 4e → 2Pb +2H 2SO4 …等式 3

放電和充電反應 - 鉛酸電池化學反應

原電池或電池組的反應特定於系統或化學成分:

例如,鉛酸電池:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 放電↔充電 2PbSO4 + 2H2O E° = 2.04 V

在鎳鎘電池中

Cd + 2NiOOH + 2H2O 放電↔充電 Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 E° = 1.32 V

在Zn-Cl2 細胞中:

Zn + Cl2 放電↔充電 ZnCl2 E° = 2.12 V

在丹尼爾儲存格中(這是一個原代儲存格;這裡注意沒有可逆箭頭)

鋅 + 銅2+ 放電↔充電 Zn2+ + 銅 E° = 1.1 V

在細胞內的放電和電荷反應期間會發生什麼? 鉛酸蓄電池化學反應

電解液: 2H2SO4 = 2H+ + 2HSO4 ̅

負極板: 鉛° = 鉛2+ HSO4 + 2e

Pb2+ + HSO4 ̅ = PbSO4 ↓ + H+

⇑ ⇓

正極板: PbO2 = Pb4+ + 2O2-

4+ + 2e = 鉛2+

2++ 3H+ + HSO4 ̅ +2O2- =PbSO4 ̄ ↓+ 2H2O

硫酸是一種強電解質,它被解離為氫離子和硫酸氫鹽離子(也稱為硫酸氫根離子)。

鉛酸蓄電池化學反應

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