Działanie ołowianego akumulatora | Ołowiowy akumulator przeznaczony do przechowywania energii elektrycznej
Działanie akumulatora ołowiowego
Akumulator lub bateria drugorzędowa to taka bateria, w której energia elektryczna może być przechowywana jako energia chemiczna, a ta energia chemiczna jest następnie przekształcana na energię elektryczną, gdy jest to potrzebne. Przekształcenie energii elektrycznej w energię chemiczną poprzez zastosowanie zewnętrznego źródła elektrycznego nazywane jest ładowaniem baterii. Z kolei przekształcenie energii chemicznej w energię elektryczną do zasilania zewnętrznego obciążenia nazywane jest rozładowywaniem baterii drugorzędowej.
Podczas ładowania baterii, prąd przepływa przez nią, co powoduje pewne zmiany chemiczne wewnątrz baterii. Te zmiany chemiczne absorbują energię podczas swojego formowania.
Gdy bateria jest podłączona do zewnętrznego obciążenia, zmiany chemiczne zachodzą w odwrotnym kierunku, podczas których absorbowana energia jest wydzielana jako energia elektryczna i dostarczana do obciążenia.
Teraz spróbujemy zrozumieć zasady działania akumulatora ołowiowego i dla tego omówimy akumulator ołowiowy, który jest bardzo często używany jako akumulator przechowujący lub bateria drugorzędowa.
Materiały używane do budowy komórek akumulatora ołowiowego
Głównymi materiałami aktywnymi potrzebnymi do konstrukcji akumulatora ołowiowego są
Tlenek ołowiu (PbO2).
Gąbczasty ołów (Pb)
Rozcieńczony kwas siarkowy (H2SO4).
Tlenek ołowiu (PbO2)
Platina dodatnia jest wykonana z tlenku ołowiu. Jest to ciemnobrązowy, twardy i kruchy materiał.
Gąbczasty ołów (Pb)
Platina ujemna jest wykonana z czystego ołowiu w miękkiej, gąbczastej postaci.
Rozcieńczony kwas siarkowy (H2SO4)
Rozcieńczony kwas siarkowy używany dla akumulatora ołowiowego ma stosunek woda : kwas = 3:1.
Akumulator ołowiowy jest tworzony przez zanurzenie płytki z tlenkiem ołowiu i płytki z gąbczastym ołowiem w rozcieńczonym kwasie siarkowym. Obciążenie jest podłączone zewnętrznie między tymi płytami. W rozcieńczonym kwasie siarkowym molekuły kwasu dzielą się na dodatnio naładowane jony wodoru (H+) i ujemnie naładowane jony siarczanowe (SO4 − −). Jony wodoru, gdy docierają do płytki PbO2, otrzymują elektrony od niej i stają się atomami wodoru, które ponownie atakują PbO2 i tworzą PbO i H2O (woda). Ten PbO reaguje z H2 SO4 i tworzy PbSO4 i H2O (woda).
Jony SO4 − − poruszają się swobodnie w roztworze, więc niektóre z nich dotrą do czystej płytki z ołowiem, gdzie oddadzą swoje dodatkowe elektrony i staną się radykałem SO4. Ponieważ radykał SO4 nie może istnieć samodzielnie, zaatakuje Pb i utworzy PbSO4.
Ponieważ jony H+ odbierają elektrony od płytki PbO2 i jony SO4 − − oddają elektrony do płytki Pb, wystąpi nierówność elektronów między tymi dwiema płytami. Stąd będzie przepływ prądu przez zewnętrzne obciążenie między tymi płytami, aby zrównoważyć tę nierówność elektronów. Ten proces nazywany jest rozładowywaniem akumulatora ołowiowego.
Siarczan ołowiu (PbSO4) jest biało-szary. Podczas rozładowywania,
Obie płytki są pokryte PbSO4.
Ciężar właściwy roztworu kwasu siarkowego spada ze względu na tworzenie się wody podczas reakcji na płycie PbO2.
W rezultacie tempo reakcji spada, co oznacza, że różnica potencjałów między płytami maleje podczas procesu rozładowywania.
Teraz odłączymy obciążenie i podłączymy płytę pokrytą PbSO4 z PbO2 do dodatniego terminala zewnętrznego źródła DC, a płytę PbO2 pokrytą Pb do ujemnego terminala tego źródła. Podczas rozładowywania, gęstość kwasu siarkowego spada, ale nadal istnieje kwas siarkowy w roztworze. Ten kwas siarkowy również pozostaje jako jony H+ i SO4− − w roztworze. Jony wodoru (kationy), będąc dodatnio naładowane, poruszają się do elektrody (katody) podłączonej z ujemnym terminalem źródła DC. Tutaj każdy jon H+ odbiera jeden elektron od niej i staje się atomen wodoru. Te atomy wodoru następnie atakują PbSO4 i tworzą ołów i kwas siarkowy.
Jony SO4− − (aniony) poruszają się w kierunku elektrody (anody) podłączonej z dodatnim terminalem źródła DC, gdzie oddadzą swoje dodatkowe elektrony i staną się radykałem SO
