Princip fungování olověného kyselého akumulátoru | Olověný kyselý sekundární akumulátor
Princip fungování olověného kyseliny baterie
Úložná baterie nebo sekundární baterie je taková baterie, kde elektrickou energii lze uložit jako chemickou energii a tuto chemickou energii lze pak převést zpět na elektrickou energii, jakmile to bude potřeba. Převod elektrické energie na chemickou energii pomocí externího zdroje elektrické energie se nazývá nabíjení baterie. Zatímco převod chemické energie na elektrickou energii pro zásobení externího spotřebiče se nazývá vybíjení sekundární baterie.
Během nabíjení baterie probíhá proud, který způsobuje některé chemické změny uvnitř baterie. Tyto chemické změny absorbuji energii během svého vzniku.
Když je baterie připojena k externímu spotřebiči, chemické změny probíhají opačným směrem, při kterých absorbovaná energie je uvolněna jako elektrická energie a dodává se spotřebiči.
Nyní se pokusíme pochopit princip fungování olověné kyseliny baterie a pro to nejprve diskutujeme o olověné kyselinové baterii, která se velmi často používá jako úložná baterie nebo sekundární baterie.
Materiály používané pro cely olověných kyselých baterií
Hlavní aktivní materiály potřebné k vytvoření olověné kyseliny baterie jsou
Olovnatý peroxid (PbO2).
Houbovitý olovec (Pb)
Roztok sírové kyseliny (H2SO4).
Olovnatý peroxid (PbO2)
Kladná elektroda je vyrobena z olovnatého peroxidu. Toto je tmavě hnědá, tvrdá a krupatá látka.
Houbovitý olovec (Pb)
Záporná elektroda je vyrobena z čistého oloví ve měkkém houbovitém stavu.
Roztok sírové kyseliny (H2SO4)
Roztok sírové kyseliny použitý pro olověnou kyselinovou baterii má poměr voda : kyselina = 3:1.
Olověná kyselinová baterie se vytváří ponořením elektrody s olovnatým peroxidem a houbovitým olovem do roztoku sírové kyseliny. Externí spotřebič je připojen mezi těmito elektrodami. V roztoku sírové kyseliny se molekuly kyseliny rozpadají na pozitivní vodíkové ionty (H+) a negativní síranové ionty (SO4 − −). Když vodíkové ionty dosáhnou elektrody s PbO2, dostanou z ní elektrony a stávají se vodíkovými atomy, které znovu napadají PbO2 a vytvářejí PbO a H2O (vodu). Toto PbO reaguje s H2 SO4 a vytváří PbSO4 a H2O (vodu).
SO4 − − ionty se volně pohybují v roztoku, takže některé z nich dosáhnou čisté elektrody s Pb, kde odevzdají své extra elektrony a stanou se radikálem SO4. Protože radikál SO4 nemůže existovat sám, napadne Pb a vytvoří PbSO4.
Jelikož H+ ionty berou elektrony z elektrody s PbO2 a SO4 − − ionty dají elektrony elektrodě s Pb, vznikne nerovnováha elektronů mezi těmito dvěma elektrodami. Proto bude proud pramenit mezi těmito elektrodami přes externí spotřebič pro vyrovnání této nerovnováhy elektronů. Tento proces se nazývá vybíjení olověné kyselinové baterie.
Olověný síran (PbSO4) je bílá barva. Během vybíjení,
Obě elektrody jsou pokryty PbSO4.
Specifická hmotnost roztoku sírové kyseliny klesá kvůli vytváření vody během reakce na elektrodě s PbO2.
V důsledku toho klesá rychlost reakce, což znamená, že potenciální rozdíl mezi elektrodami klesá během procesu vybíjení.
Nyní odpojíme spotřebič a připojíme elektrodu pokrytou PbSO4 s PbO2 k pozitivnímu terminálu externího zdroje DC a elektrodu pokrytou PbO2 s Pb k negativnímu terminálu tohoto zdroje. Během vybíjení klesá hustota sírové kyseliny, ale stále zde existuje sírová kyselina v roztoku. Tato sírová kyselina zůstává jako H+ a SO4− − ionty v roztoku. Vodíkové ionty (katióny) se pohybují k elektrodě (katodě) připojené k negativnímu terminálu zdroje DC. Zde každý H+ iont bere jeden elektron a stává se vodíkovým atomen. Tyto vodíkové atomy pak napadají PbSO4 a vytvářejí olovo a sírovou kyselinu.
