عمل باتری سرب اسید | باتری ذخیره سازی دومرحله‌ای سرب اسید

عملیات باتری سرب-اسید

باتری ذخیره‌ساز یا باتری ثانویه، نوعی باتری است که در آن انرژی الکتریکی به عنوان انرژی شیمیایی ذخیره می‌شود و این انرژی شیمیایی هنگام نیاز به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی با استفاده از منبع الکتریکی خارجی به شارژ کردن باتری معروف است. در حالی که تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی برای تأمین بار خارجی به دیشارژ کردن باتری ثانویه معروف است.
در طول شارژ کردن باتری، جریان از آن عبور می‌کند که باعث تغییرات شیمیایی داخل باتری می‌شود. این تغییرات شیمیایی در زمان تشکیل خود انرژی را جذب می‌کنند.

وقتی باتری به بار خارجی متصل می‌شود، تغییرات شیمیایی در جهت معکوس اتفاق می‌افتد، در این حالت انرژی جذب شده به عنوان انرژی الکتریکی آزاد می‌شود و به بار تأمین می‌شود.
حالا ما قصد داریم اصول عملکرد باتری سرب-اسید را درک کنیم و برای این کار ابتدا درباره باتری سرب-اسید که بسیار معمولاً به عنوان باتری ذخیره‌ساز یا باتری ثانویه استفاده می‌شود صحبت خواهیم کرد.

مواد استفاده شده برای سلول‌های باتری سرب-اسید ذخیره‌ساز

مواد فعال اصلی مورد نیاز برای ساخت باتری سرب-اسید عبارتند از:

1. اکسید سرب (PbO2)

2. سرب اسفنجی (Pb)

3. اسید سولفوریک تنظیف شده (H2SO4)

اکسید سرب (PbO2)

پلاک مثبت از اکسید سرب ساخته شده است. این ماده رنگ قهوه‌ای تیره، سخت و پرتکه است.

سرب اسفنجی (Pb)

پلاک منفی از سرب خالص در حالت نرم اسفنجی ساخته شده است.

اسید سولفوریک تنظیف شده (H2SO4)

اسید سولفوریک تنظیف شده که برای باتری سرب-اسید استفاده می‌شود، نسبت آب به اسید برابر با ۳:۱ است.

باتری سرب-اسید ذخیره‌ساز با غوطه‌ور کردن پلاک اکسید سرب و پلاک سرب اسفنجی در اسید سولفوریک تنظیف شده ساخته می‌شود. یک بار خارجی بین این پلاک‌ها متصل می‌شود. در اسید سولفوریک تنظیف شده، مولکول‌های اسید به یون‌های هیدروژن مثبت (H+) و یون‌های سولفات منفی (SO4 − −) تقسیم می‌شوند. وقتی یون‌های هیدروژن به پلاک PbO2 می‌رسند، الکترون‌ها را از آن دریافت می‌کنند و به اتم هیدروژن تبدیل می‌شوند که دوباره PbO2 را حمله می‌کنند و PbO و H2O (آب) را تشکیل می‌دهند. این PbO با H2 SO4 واکنش داده و PbSO4 و H2O (آب) را تشکیل می‌دهد.

یون‌های SO4 − − در محلول آزاد حرکت می‌کنند، بنابراین برخی از آن‌ها به پلاک سرب خالص می‌رسند که الکترون‌های اضافه خود را می‌دهند و به رادیکال SO4 تبدیل می‌شوند. این رادیکال SO4 نمی‌تواند به تنهایی وجود داشته باشد، بنابراین سرب را حمله می‌کند و PbSO4 را تشکیل می‌دهد.
چون یون‌های H+ الکترون‌ها را از پلاک PbO2 می‌گیرند و یون‌های SO4 − − الکترون‌ها را به پلاک سرب می‌دهند، نابرابری الکترونی بین این دو پلاک ایجاد می‌شود. بنابراین جریان بین این دو پلاک از طریق بار خارجی برای تعادل این نابرابری الکترونی جریان خواهد یافت. این فرآیند به دیشارژ کردن باتری سرب-اسید معروف است.
سرب سولفات (PbSO4) رنگ سفید مایل به خاکستری است. در طول دیشارژ،

1. هر دو پلاک با PbSO4 پوشیده می‌شوند.

2. وزن مخصوص محلول اسید سولفوریک به دلیل تشکیل آب در واکنش در پلاک PbO2 کاهش می‌یابد.

3. به عنوان نتیجه، نرخ واکنش کاهش می‌یابد که به معنای کاهش اختلاف پتانسیل بین پلاک‌ها در طول فرآیند دیشارژ است.

حالا ما بار خارجی را جدا می‌کنیم و پلاک پوشیده شده با PbSO4 را با ترمینال مثبت منبع DC خارجی و پلاک پوشیده شده با Pb را با ترمینال منفی آن منبع متصل می‌کنیم. در طول دیشارژ، چگالی اسید سولفوریک کاهش می‌یابد اما هنوز اسید سولفوریک در محلول وجود دارد. این اسید سولفوریک نیز به صورت یون‌های H+ و SO4− − در محلول باقی می‌ماند. یون‌های هیدروژن (كاتیون) که بار مثبت دارند، به الکترود (کاتد) متصل شده با ترمینال منفی منبع DC می‌روند. در اینجا هر یون H+ یک الکترون از آن دریافت می‌کند و به اتم هیدروژن تبدیل می‌شود. این اتم‌های هیدروژن سپس PbSO4 را حمله می‌کنند و سرب و اسید سولفوریک را تشکیل می‌دهند.

یون‌های SO