Konstrukcja baterii kwasowo-ołowiowej
W akumulatorze ołowiowo-kwasowym jest głównie dwie części: zbiornik i płyty.
Zbiornik akumulatora ołowiowo-kwasowego
Ponieważ ten zbiornik zawiera głównie kwas siarkowy, materiał używany do jego produkcji musi być odporny na kwas siarkowy. Materiał zbiornika powinien również być wolny od domieszków szkodliwych dla kwasu siarkowego. Szczególnie żelazo i mangan są nie do przyjęcia.
Szklany, wybrakowany drewno obłożone ołowiem, ebonit, twardy kauczuk z bitumicznych związków, ceramiczne materiały oraz formowane tworzywa sztuczne mają wymienione właściwości, dlatego zbiornik akumulatora ołowiowo-kwasowego jest wykonany z jednego z tych materiałów. Zbiornik jest szczelnie zamknięty pokrywą.
Pokrywa ma trzy otwory, jeden na każdym końcu do wtyków i jeden pośrodku do wtyku wentylacyjnego, przez który wlewa się elektrolit i uciekają gazy.
Na dnie zbiornika akumulatora ołowiowo-kwasowego znajdują się dwie żeberka, które utrzymują dodatnie płyty akumulatora ołowiowo-kwasowego i kolejne dwie żeberka, które utrzymują ujemne płyty. Żeberka lub pryzmaty pełnią rolę podpór dla płyt, jednocześnie chroniąc je przed przekładaniem, które inaczej wystąpiłoby w wyniku spadku czynnego materiału z płyt na dno zbiornika. Zbiornik jest najbardziej podstawową częścią konstrukcji akumulatora ołowiowo-kwasowego.
Płyty akumulatora ołowiowo-kwasowego
Istnieją ogólne dwie metody produkcji czynnych materiałów komórki i ich przyłączania do płyt ołowianych. Są one nazwane imionami ich wynalazców.
Płyty Plante'a lub formowane płyty akumulatora ołowiowo-kwasowego.
Płyty Faure'a lub pastowane płyty akumulatora ołowiowo-kwasowego.
Płyta Plante'a
Proces Plante'a
W tym procesie bierze się dwie płyty ołowiu i zanurza je w rozcieńczonym H2SO4. Gdy prąd jest wprowadzany do tej komórki ołowiowej z zewnętrznego źródła, to w wyniku elektrolizy, uwalnia się wodór i tlen. Na anodzie tlen atakuje ołów, przekształcając go w PbO2, podczas gdy katoda pozostaje nieskaziona, ponieważ wodór nie może utworzyć związku z Pblem.
Jeśli teraz rozładować komórkę, płyta pokryta peroksydem staje się katodą, więc wodór powstaje na niej i łączy się z tlenem PbO2 tworząc wodę, tak że,
W tym samym czasie, tlen przechodzi do anody, która jest ołowiem, i reaguje, tworząc PbO2. W rezultacie anoda zostaje pokryta cienką warstwą PbO2.
Przez ciągłe odwracanie prądu lub ładowanie i rozładowywanie, cienka warstwa PbO2 będzie coraz grubsza, a polaryzacja komórki będzie zajmować coraz więcej czasu. Dwie płyty ołowiane po poddaniu setkom odwróceń nabiorą skórki ołowianego peroksydu dostatecznie grubej, aby zapewnić odpowiednio dużą pojemność. Ten proces produkcji dodatnich płyt nazywany jest formowaniem. Ujemne płyty akumulatora ołowiowo-kwasowego są produkowane tym samym procesem.
Konstrukcja płyty Plante'a
Widoczne jest, że ponieważ czynny materiał na płycie Plante'a składa się z cienkiej warstwy PbO2 utworzonej na i z powierzchni płyty ołowianej, pożądane jest posiadanie dużej powierzchni, aby uzyskać zauważalną objętość. Powierzchnię płyty akumulatora ołowiowo-kwasowego można zwiększyć poprzez wybrakowanie lub laminowanie. Rysunek pokazuje dodatnią płytę Plante, która składa się z kratki z czystego ołowiu z drobno laminowanymi powierzchniami. Konstrukcja tych płyt składa się z dużej liczby cienkich pionowych lamin, które są wzmocnione poziomymi wiązaniami. To prowadzi do znacznego zwiększenia powierzchni. Główną cechą konstrukcji akumulatora ołowiowo-kwasowego jest możliwość pomieszczenia dużej objętości czynnych materiałów, tj. PbO2 w aktywnej płycie.
Dodatnie płyty są zwykle produkowane przez Proces Plante'a, a płyty nazywane są Płytami Plante'a. Ujemne płyty akumulatora ołowiowo-kwasowego mogą również być produkowane przez ten proces, ale dla ujemnej płyty ten proces jest niepraktyczny.
Płyta Faure'a
W procesie Faure'a, czynny materiał jest mechanicznie nanoszony, zamiast być elektrolitycznie rozwijany z płyty ołowianej, jak w procesie Plante'a. Czynny materiał, który jest w formie czerwonego ołowiu (Pb3O4) lub lithargu (PbO) lub mieszanki dwóch w różnych proporcjach, jest wciśnięty w międzyprzestrzenie cienkiej kratki ołowianej, która również służy jako przewodnik prądu. Po nawinięciu krat z czynnym materiałem płyty są suszone, hartowane i montowane w słabym roztworze kwasu siarkowego o gęstości 1,1 do 1,2 i formowane poprzez przepuszczanie prądu pomiędzy nimi. Dla formowania ujemnej płyty te płyty są podłączone jako katody. Tlen uwalniany na anodzie przekształca oksyd ołowiu (Pb3O4) w oksyd ołowiu (PbO2), a wodór uwalniany na katodzie redukuje oksyd ołowiu (PbO) do gąbczastego ołowiu (Pb).
Formowanie dodatnich płyt polega na przekształceniu oksydu ołowiu w oksyd ołowiu. Wysoki oksyd ołowiu, taki jak Pb3O4 jest używany ze względów ekonomicznych zarówno w prądzie, jak i w czasie, choć w praktyce stosuje się mieszankę Pb3O4. Proces Faure'a jest bardziej odpowiedni do produkcji ujemnych płyt Faure'a niż dodatnich płyt akumulatora ołowiowo-kwasowego.
