Werkingsprincipe van lood-zwavelzuurbatterij | Lood-zwavelzuur secundaire opslagbatterij
Werking van lood-zwavelzuuraccu
De opslag accu of secundaire accu is een accu waarin elektrische energie kan worden opgeslagen als chemische energie en deze chemische energie vervolgens wordt omgezet in elektrische energie wanneer nodig. De omzetting van elektrische energie in chemische energie door middel van een externe elektrische bron wordt opladen van de accu genoemd. De omzetting van chemische energie in elektrische energie voor het leveren van de externe belasting wordt ontladen van de secundaire accu genoemd.
Tijdens het opladen van de accu, stroom wordt erdoorheen geleid, wat sommige chemische veranderingen binnen de accu veroorzaakt. Deze chemische veranderingen absorberen energie tijdens hun vorming.
Wanneer de accu aan de externe belasting is verbonden, vinden de chemische veranderingen in omgekeerde richting plaats, waardoor de geabsorbeerde energie als elektrische energie wordt vrijgegeven en aan de belasting wordt geleverd.
Nu zullen we proberen het principe werking van lood-zwavelzuuraccu te begrijpen en daarvoor zullen we eerst discussiëren over lood-zwavelzuuraccu, die zeer vaak wordt gebruikt als opslagaccu of secundaire accu.
Materialen gebruikt voor lood-zwavelzuuroppslagaccucellen
De belangrijkste actieve materialen die nodig zijn voor het bouwen van een lood-zwavelzuuraccu zijn
Loodperoxide (PbO2).
Sponslood (Pb)
Verdund zwavelzuur (H2SO4).
Loodperoxide (PbO2)
Het positieve plaat is gemaakt van loodperoxide. Dit is een donkerbruine, harde en broze stof.
Sponslood (Pb)
Het negatieve plaat is gemaakt van zuiver lood in zachte sponsconditie.
Verdund zwavelzuur (H2SO4)
Verdund zwavelzuur dat wordt gebruikt voor lood-zwavelzuuraccu heeft een verhouding van water : zuur = 3:1.
De lood-zwavelzuuroppslagaccu wordt gevormd door het dopen van een loodperoxideplaat en een sponsloodplaat in verdund zwavelzuur. Een belasting wordt extern tussen deze platen verbonden. In verdund zwavelzuur splitsen de moleculen van het zuur zich in positieve waterstofionen (H+) en negatieve sulfate-ionen (SO4 − −). Wanneer de waterstofionen de PbO2-plaat bereiken, ontvangen ze elektronen ervan en worden waterstof atomen, die opnieuw PbO2 aanvallen en PbO en H2O (water) vormen. Deze PbO reageert met H2 SO4 en vormt PbSO4 en H2O (water).
SO4 − − ionen bewegen vrij in de oplossing, dus sommigen van hen zullen de pure Pb-plaat bereiken, waar ze hun extra elektronen afstaan en radicaal SO4 worden. Aangezien het radicaal SO4 niet alleen kan bestaan, zal het Pb aanvallen en PbSO4 vormen.
Aangezien H+ ionen elektronen van de PbO2-plaat nemen en SO4 − − ionen elektronen aan de Pb-plaat geven, zou er een onevenwichtigheid van elektronen tussen deze twee platen zijn. Daarom zou er een stroomstroom door de externe belasting tussen deze platen zijn om deze onevenwichtigheid van elektronen te compenseren. Dit proces wordt het ontladen van de lood-zwavelzuuraccu genoemd.
Het loodzulfaat (PbSO4) is witachtig van kleur. Tijdens het ontladen,
Beide platen zijn bedekt met PbSO4.
De specifieke dichtheid van de zwavelzuuroplossing daalt vanwege de vorming van water tijdens de reactie op de PbO2-plaat.
Als gevolg hiervan daalt de reactiesnelheid, wat betekent dat de potentiaaldifferentie tussen de platen tijdens het ontladen afneemt.
Nu zullen we de belasting loskoppelen en de PbSO4-plaat, bedekt met PbO2, verbinden met de positieve terminal van een externe DC-bron en de PbO2-plaat, bedekt met Pb, met de negatieve terminal van die DC-bron. Tijdens het ontladen daalt de dichtheid van het zwavelzuur, maar er is nog steeds zwavelzuur in de oplossing aanwezig. Dit zwavelzuur blijft ook als H+ en SO4− − ionen in de oplossing. Waterstofionen (kationen), die positief geladen zijn, bewegen naar de elektrode (kathode) die is verbonden met de negatieve terminal van de DC-bron. Hier neemt elk H+-ion één elektron van die en wordt een waterstoffatoom. Deze waterstoffatomen vallen dan PbSO4 aan en vormen lood en zwavelzuur.
SO4
