عملیات باتری سرب اسید | باتری ذخیره سازی ثانویه سرب اسید
عمل بطارية الرصاص الحمضية
تعتبر البطارية أو البطارية الثانوية هي نوع من البطاريات يمكن تخزين الطاقة الكهربائية فيه على شكل طاقة كيميائية، ثم تحويل هذه الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عند الحاجة. عملية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية باستخدام مصدر كهربائي خارجي تُعرف بشحن البطارية. بينما تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية لتزويد الحمل الخارجي يُعرف بإفراز البطارية الثانوية.
خلال شحن البطارية، يتم مرور تيار كهربائي عبرها مما يسبب بعض التغيرات الكيميائية داخل البطارية. هذه التغييرات الكيميائية تمتص الطاقة أثناء تكوينها.
عند ربط البطارية بالحمل الخارجي، تحدث التغييرات الكيميائية في الاتجاه المعاكس، حيث يتم إطلاق الطاقة الممتصة على شكل طاقة كهربائية وتزويد الحمل بها.
سنحاول الآن فهم مبدأ عمل بطارية الرصاص الحمضية وسنتناول أولاً بطارية الرصاص الحمضية التي تستخدم بشكل شائع كبطارية تخزين أو ثانوية.
المواد المستخدمة في خلايا بطارية الرصاص الحمضية للتخزين
المواد الرئيسية اللازمة لبناء بطارية الرصاص الحمضية هي
أكسيد الرصاص (PbO2).
رصاص الإسفنج (Pb)
حمض الكبريتيك المخفف (H2SO4).
أكسيد الرصاص الثنائي (PbO2)
يتم صنع الصفيحة الموجبة من أكسيد الرصاص الثنائي. وهو مادة بنية غامقة صلبة وهشة.
رصاص الإسفنج (Pb)
يتم صنع الصفيحة السالبة من الرصاص النقي في حالة الإسفنج.
حمض الكبريتيك المخفف (H2SO4)
حمض الكبريتيك المخفف المستخدم في بطارية الرصاص الحمضية له نسبة ماء : حمض = 3:1.
يتم تشكيل بطارية الرصاص الحمضية للتخزين عن طريق غمر الصفيحة الموجبة من أكسيد الرصاص الثنائي والصفيحة السالبة من رصاص الإسفنج 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 تصل الأيونات الهيدروجينية إلى الصفيحة PbO2، تتلقى الإلكترونات منها وتصبح ذرات هيدروجين والتي تهاجم PbO2 وتشكل PbO و H2O (ماء). هذا PbO يتفاعل مع H2 SO4 ويشكل PbSO4 و H2O (ماء).
الأيونات SO4 − − تتحرك بحرية في الحل لذلك بعضها سيصل إلى الصفيحة الخالصة من الرصاص حيث ستقدم إلكتروناتها الزائدة وتصبح راديكالية SO4. نظرًا لأن الراديكالية SO4 لا يمكن أن توجد بمفردها، فإنها ستهاجم الرصاص وتشكل PbSO4.
نظرًا لأن الأيونات H+ تأخذ الإلكترونات من الصفيحة PbO2 والأيونات SO4 − − تعطي الإلكترونات إلى الصفيحة الرصاص، سيكون هناك عدم تساوي في الإلكترونات بين هاتين الصفحتين. لذلك سيكون هناك تدفق للتيار عبر الحمل الخارجي بين هاتين الصفحتين للتوازن بين عدم تساوي الإلكترونات. يُطلق على هذا العملية اسم إفراز بطارية الرصاص الحمضية.
كبريتات الرصاص (PbSO4) بيضاء اللون. خلال الإفراز،
تغطى كلتا الصفحتين بـ PbSO4.
تنخفض الكثافة النوعية لحل حمض الكبريتيك بسبب تكوين الماء خلال التفاعل في الصفيحة PbO2.
بالتالي، ينخفض معدل التفاعل مما يعني أن الفرق الكهربائي بين الصفحتين يقل خلال عملية الإفراز.
الآن سنفصل الحمل ونربط الصفيحة المغطاة بـ PbSO4 والمغطاة بـ PbO2 بالطرف الموجب لمصدر كهربائي خارجي ومغطاة بـ PbO2 بالطرف السالب لهذا المصدر. خلال الإفراز، تنخفض كثافة حمض الكبريتيك ولكن لا يزال هناك حمض كبريتيكي موجود في الحل. هذا الحمض الكبريتيكي يبقى أيضًا على شكل H+ و SO4− − في الحل. الأيونات الهيدروجينية (كاتيون) ذات الشحنة الموجبة، تتحرك نحو الكهربود (كاثود) المتصل بالطرف السالب للمصدر الكهربائي. هنا يأخذ كل H+ إلكترونًا واحدًا منه ويصبح ذرة هيدروجين. هذه الذرات الهيدروجينية ثم تهاجم PbSO4 وتشكل الرصاص وحمض الكبريتيك.
الأيونات SO4− − (أنيونات) تتحرك نحو الكهربود (أنود) المتصل بالطرف الموجب للمصدر الكهربائي حيث ستقدم إلكتروناتها الزائدة وتصبح راديكالية SO4. هذه الراديكالية SO4 لا يمكن أن توجد بمفردها لذلك تتفاعل مع PbSO
