Funzionamento della batteria a piombo-acido | Batteria di accumulo a piombo-acido
Funzionamento della batteria a piombo-acido
La batteria di accumulo o batteria secondaria è una batteria in cui l'energia elettrica può essere immagazzinata sotto forma di energia chimica e questa energia chimica viene poi convertita in energia elettrica quando necessario. La conversione dell'energia elettrica in energia chimica mediante l'applicazione di una sorgente elettrica esterna è nota come carica della batteria. Mentre la conversione dell'energia chimica in energia elettrica per alimentare il carico esterno è nota come scarica della batteria secondaria.
Durante la carica della batteria, la corrente passa attraverso di essa causando alcuni cambiamenti chimici all'interno della batteria. Questi cambiamenti chimici assorbono energia durante la loro formazione.
Quando la batteria è collegata al carico esterno, i cambiamenti chimici avvengono in direzione inversa, durante i quali l'energia assorbita viene rilasciata sotto forma di energia elettrica e fornita al carico.
Ora cercheremo di comprendere il principio del funzionamento della batteria a piombo-acido e per farlo discuteremo prima della batteria a piombo-acido che è molto comunemente utilizzata come batteria di accumulo o batteria secondaria.
Materiali utilizzati per le celle di batterie a piombo-acido
I principali materiali attivi richiesti per costruire una batteria a piombo-acido sono
Piombo perossido (PbO2).
Piombo spugna (Pb)
Acido solforico diluito (H2SO4).
Piombo perossido (PbO2)
La piastra positiva è fatta di piombo perossido. Questo è un materiale scuro, marrone, duro e fragile.
Piombo spugna (Pb)
La piastra negativa è fatta di piombo puro in condizioni morbide e spugnose.
Acido solforico diluito (H2SO4)
L'acido solforico diluito utilizzato per la batteria a piombo-acido ha un rapporto acqua : acido = 3:1.
La batteria di accumulo a piombo-acido è formata immergendo la piastra di piombo perossido e la piastra di piombo spugna in acido solforico diluito. Un carico è connesso esternamente tra queste piastre. Nell'acido solforico diluito, le molecole dell'acido si dividono in ioni idrogeno positivi (H+) e ioni solfato negativi (SO4 − −). Gli ioni idrogeno, quando raggiungono la piastra PbO2, ricevono elettroni da essa e diventano atomi di idrogeno che attaccano nuovamente il PbO2 formando PbO e H2O (acqua). Questo PbO reagisce con H2 SO4 e forma PbSO4 e H2O (acqua).
Gli ioni SO4 − − si muovono liberamente nella soluzione, quindi alcuni di essi raggiungeranno la piastra di piombo puro dove daranno i loro elettroni extra e diventeranno radicali SO4. Poiché il radicale SO4 non può esistere da solo, attaccherà il Pb e formerà PbSO4.
Mentre gli ioni H+ prendono elettroni dalla piastra PbO2 e gli ioni SO4 − − danno elettroni alla piastra Pb, ci sarà un diseguale numero di elettroni tra queste due piastre. Pertanto, ci sarà un flusso di corrente attraverso il carico esterno tra queste piastre per bilanciare questo diseguale numero di elettroni. Questo processo è chiamato scarica della batteria a piombo-acido.
Il solfato di piombo (PbSO4) è di colore biancastro. Durante lo scarico,
Entrambe le piastre sono ricoperte di PbSO4.
La densità specifica della soluzione di acido solforico diminuisce a causa della formazione di acqua durante la reazione alla piastra PbO2.
Come risultato, il tasso di reazione diminuisce, il che implica che la differenza di potenziale tra le piastre diminuisce durante il processo di scarica.
Ora staccheremo il carico e collegheremo la piastra coperta di PbSO4 con PbO2 con il terminale positivo di una sorgente DC esterna e la piastra coperta di PbO2 con Pb con il terminale negativo di quella sorgente DC. Durante lo scarico, la densità dell'acido solforico diminuisce, ma rimane ancora acido solforico nella soluzione. Questo acido solforico rimane anche come ioni H+ e SO4− − nella soluzione. Gli ioni idrogeno (cationi), essendo positivamente carichi, si muovono verso l'elettrodo (catodo) connesso con il terminale negativo della sorgente DC. Qui ogni ione H+ prende un elettrone da quello e diventa un atomo di idrogeno. Questi atomi di idrogeno attaccano poi il PbSO4 e formano piombo e acido solforico.
Gli ioni SO4− − (anioni) si muovono verso l'elettrodo (anodo) connesso con il terminale positivo della sorgente DC, dove cederanno i loro elettroni extra e diventeranno radicali SO
