عمل بطارية الرصاص الحمضية | بطارية الرصاص الحمضية للتخزين الثانوي

عمل بطارية الرصاص الحمضية

تعتبر البطارية البطارية أو البطارية الثانوية هي نوع من البطاريات يمكن تخزين الطاقة الكهربائية فيه كطاقة كيميائية، ثم تحويل هذه الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية حسب الحاجة. يُعرف تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية باستخدام مصدر كهربائي خارجي باسم شحن البطارية. بينما يُعرف تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية لتزويد الحمل الخارجي باسم تفريغ البطارية الثانوية.
خلال شحن البطارية، يتم مرور تيار كهربائي عبرها مما يتسبب في بعض التغيرات الكيميائية داخل البطارية. هذه التغيرات الكيميائية تمتص الطاقة أثناء تكوينها.

عند ربط البطارية بالحمل الخارجي، تحدث التغيرات الكيميائية في الاتجاه المعاكس، حيث يتم إطلاق الطاقة الممتصة على شكل طاقة كهربائية وتزويد الحمل بها.
سنحاول الآن فهم مبدأ عمل بطارية الرصاص الحمضية ولهذا سنناقش أولاً عن بطارية الرصاص الحمضية التي تستخدم بشكل شائع كبطارية تخزين أو بطارية ثانوية.

المواد المستخدمة لخلايا بطارية الرصاص الحمضية

المواد النشطة الرئيسية المطلوبة لبناء بطارية الرصاص الحمضية هي

1. أكسيد الرصاص (PbO2).

2. رصاص الإسفنج (Pb)

3. حمض الكبريتيك المخفف (H2SO4).

أكسيد الرصاص (PbO2)

تكون الصفيحة الموجبة من أكسيد الرصاص. إنه مادة بنية داكنة صلبة وهشة.

رصاص الإسفنج (Pb)

تكون الصفيحة السالبة من الرصاص النقي في حالة إسفنجية ناعمة.

حمض الكبريتيك المخفف (H2SO4)

يتم استخدام حمض الكبريتيك المخفف لبطارية الرصاص الحمضية بنسبة ماء: حمض = 3:1.

تتكون بطارية الرصاص الحمضية بتغميس صفيحة أكسيد الرصاص وصفيحة الرصاص الإسفنجي في حمض الكبريتيك المخفف. يتم ربط حمل خارجي بين هاتين الصفائح. في حمض الكبريتيك المخفف، تنقسم جزيئات الحمض إلى أيونات هيدروجين موجبة (H+) وأيونات سلفات سالبة (SO4 − −). عندما يصل أيونات الهيدروجين إلى صفيحة PbO2، تتلقى الإلكترونات منها وتتحول إلى ذرات هيدروجين الذرة والتي تهاجم مرة أخرى PbO2 وتشكل PbO و H2O (الماء). هذا PbO يتفاعل مع H2 SO4 ويشكل PbSO4 و H2O (الماء).

الأيونات SO4 − − تتحرك بحرية في الحل بحيث ستصل بعضها إلى صفيحة الرصاص النقي حيث تقدم إلكتروناتها الزائدة وتتحول إلى راديكال SO4. بما أن الراديكال SO4 لا يمكن أن يوجد بمفرده فإنه سيهاجم الرصاص ويشكل PbSO4.
بما أن أيونات H+ تأخذ الإلكترونات من صفيحة PbO2 وأيونات SO4 − − تعطي الإلكترونات إلى صفيحة الرصاص، سيكون هناك عدم تساوي في الإلكترونات بين هاتين الصفحتين. لذلك سيكون هناك تدفق للتيار عبر الحمل الخارجي بين هاتين الصفحتين للتوازن بين هذا عدم التساوي في الإلكترونات. هذا العملية تسمى تفريغ بطارية الرصاص الحمضية.
الرصاص السلفات (PbSO4) أبيض اللون. خلال التفريغ،

1. تغطى كلتا الصفحتين بـ PbSO4.

2. تنخفض الكثافة النوعية لحل حمض الكبريتيك بسبب تكوين الماء أثناء التفاعل عند صفيحة PbO2 .

3. وبالتالي، ينخفض معدل التفاعل مما يعني أن الفرق الكهربائي الفرق الجهد الكهربائي بين الصفائح ينخفض خلال عملية التفريغ.

الآن سنفصل الحمل ونربط صفيحة PbSO4 المغطاة بـ PbO2 بالمصدر الخارجي للمصدر الكهربائي DC الإيجابي وصفيحة PbO2 المغطاة بـ Pb بالمصدر الخارجي للمصدر الكهربائي DC السالب. خلال التفريغ، تنخفض كثافة حمض الكبريتيك ولكن لا يزال يوجد حمض كبريتيك في الحل. هذا الحمض الكبريتيك يبقى أيضاً على شكل أيونات H+ و SO4− − في الحل. الأيونات الهيدروجينية (كاتيون) ذات الشحنة الموجبة، تتحرك نحو الكهربود (الكاثود) المتصل بالمصدر السلبي للمصدر الكهربائي DC. هنا كل أيون H+ يأخذ إلكترون واحد منه ويصبح ذرة هيدروجين. هذه الذرات الهيدروجينية ثم تهاجم PbSO4 وتشكل الرصاص وحمض الكبريتيك.

الأيونات SO4− − (آنيون) تتحرك نحو الكهربود (الأيون) المتصل بالمصدر الإيجابي للمصدر الكهربائي DC حيث ستعطي إلكتروناتها الزائدة وتصبح راديكال SO4. هذا الراديكال SO