Конструкція свинцево-кислотної батареї
У свинцово-кислотної батареї є дві основні частини: контейнер та пластини.
Контейнер свинцово-кислотної батареї
Оскільки цей контейнер в основному містить сульфатну кислоту, матеріали, які використовуються для виготовлення контейнера свинцово-кислотної батареї, повинні бути стійкими до сульфатної кислоти. Матеріал контейнера також повинен бути позбавлений шкідливих для сульфатної кислоти примісей. Особливо недопустимі залізо та марганець.
Скло, дерево, обкладене свинцем, ебоніт, тверда гума, бітумна суміш, керамічні матеріали та формовані пластмаси мають вищевказані властивості, тому контейнер свинцово-кислотної батареї виготовляється з одного з цих матеріалів. Контейнер герметично закритий верхньою кришкою.
Верхня кришка має три отвори: по одному на кожному кінці для контактів і один посередині для вентиляційного заглушки, через який заливається електроліт і випаровуються гази.
На внутрішній нижній поверхні контейнера свинцово-кислотної батареї розташовані два ребра для утримання додатних пластин свинцово-кислотної батареї та ще два ребра для утримання негативних пластин. Ребра або призми служать підтримкою для пластин і одночасно захищають їх від коротких замикань, які могли б виникнути через випадіння активного матеріалу з пластин на дно контейнера. Контейнер є найбільш базовою частиною конструкції свинцово-кислотної батареї.
Пластина свинцово-кислотної батареї
Зазвичай існують два методи виробництва активних матеріалів для елемента і їх прикріплення до свинцових пластин. Ці методи називаються іменами їх винахідників.
Плати Планте або сформовані пластина свинцово-кислотної батареї.
Плати Фора або пластина свинцово-кислотної батареї, покрита пастою.
Пластина Планте
Процес Планте
У цьому процесі беруться дві пластини свинцю і занурюються в розчин H2SO4. Коли через цю свинцово-кислотну батарею пропускається стрім, то через електроліз виділяються водень та кисень. На аноді кисень атакує свинець, перетворюючи його на PbO2, тоді як катод не змінюється, оскільки водень не може утворити сполуку з Pb.
Якщо тепер розрядити батарею, то плита, покрита пероксидом, стане катодом, і водень, який на ньому утвориться, поєднається з киснем PbO2, утворюючи воду, таким чином:
Одночасно кисень переходить на анод, який є свинцем, і взаємодіє, утворюючи PbO2. Тому анод покривається тонкою плівкою PbO2.
Шляхом постійного змінення стріму або зарядження та розрядження, тонка плівка PbO2 буде стаюти все товще, і полярність клітини буде змінюватися все довше. Дві свинцеві пластина, після сотень змін, набудуть шкіри свинцового пероксиду, достатньо товстої, щоб забезпечити достатню ємність. Цей процес виготовлення додатних пластин відомий як формування. Негативні пластина свинцово-кислотної батареї виготовляються тим самим процесом.
Структура пластина Планте
Бачимо, що оскільки активний матеріал на платі Планте складається з тонкого шару PbO2, утвореного на поверхні свинцевої пластины, бажано мати велику поверхню, щоб отримати значну об'єм. Площа поверхні пластина свинцово-кислотної батареї може бути збільшена за допомогою насічення або ламінації. На малюнку показана додатна пластина Планте, яка складається з решітки чистого свинцю з тонко ламінованими поверхнями. Конструкція цих пластин складається з великого числа тонких вертикальних ламінацій, які посилюються горизонтальними зв'язками. Це призводить до значного збільшення площі поверхні. Основна особливість конструкції свинцово-кислотної батареї полягає в тому, щоб розмістити великий об'єм активних матеріалів, тобто PbO2 в активній пластині.
Додатні пластини зазвичай виготовляються процесом Планте, і вони відомі як плати Планте. Негативні пластина свинцово-кислотної батареї також можна виготовляти цим процесом, але для негативної пластини цей процес неможливий.
Пластина Фора
У процесі Фора активний матеріал механічно наноситься, а не виробляється електролітично зі свинцової пластины, як у процесі Планте. Активний матеріал, який представляє собою червоний свинець (Pb3O4) або літарж (PbO) або суміш обох в різних пропорціях, натискається в пори тонкої свинцової решітки, яка також служить провідником струму. Після нанесення активного матеріалу на решітки, пластини сушаться, зміцнюються і збираються в слабкому розчині сульфатної кислоти з питомою вагою 1.1-1.2, і формуються, пропускаючи стрім між ними. Для формування негативної пластины ці пластини підключаються як катоди. Кисень, що виділяється на аноді, перетворює оксид свинцю (Pb3O4) на свинцовый пероксид (PbO2), а водень, що виділяється на катоді, зменшує оксид свинцю (PbO) до губчатого свинцю (Pb).
