Работа свинцово-кислотной аккумуляторной батареи | Свинцово-кислотная вторичная аккумуляторная батарея
Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора
Аккумулятор или вторичный элемент питания — это устройство, в котором электрическая энергия может храниться в виде химической энергии, а затем эта химическая энергия преобразуется обратно в электрическую по мере необходимости. Преобразование электрической энергии в химическую с помощью внешнего источника электропитания называется зарядкой аккумулятора. В то время как преобразование химической энергии в электрическую для питания внешней нагрузки называется разрядкой вторичного аккумулятора.
Во время зарядки аккумулятора, ток проходит через него, вызывая некоторые химические изменения внутри аккумулятора. Эти химические изменения поглощают энергию при их образовании.
Когда аккумулятор подключен к внешней нагрузке, химические изменения происходят в обратном направлении, при этом поглощенная энергия выделяется в виде электрической энергии и передается нагрузке.
Теперь мы попробуем понять принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора, и для этого сначала обсудим свинцово-кислотный аккумулятор, который очень часто используется как аккумулятор или вторичный элемент питания.
Материалы, используемые для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей
Основные активные материалы, необходимые для создания свинцово-кислотного аккумулятора, это:
Свинцовый пероксид (PbO2).
Губчатый свинец (Pb)
Разбавленная серная кислота (H2SO4).
Свинцовый пероксид (PbO2)
Положительная пластина изготовлена из свинцового пероксида. Это темно-коричневое, твердое и хрупкое вещество.
Губчатый свинец (Pb)
Отрицательная пластина изготовлена из чистого свинца в мягком губчатом состоянии.
Разбавленная серная кислота (H2SO4)
Разбавленная серная кислота, используемая для свинцово-кислотного аккумулятора, имеет соотношение вода : кислота = 3:1.
Свинцово-кислотный аккумулятор формируется путем погружения пластины свинцового пероксида и пластины губчатого свинца в разбавленную серную кислоту. Внешняя нагрузка подключается между этими пластинами. В разбавленной серной кислоте молекулы кислоты распадаются на положительные ионы водорода (H+) и отрицательные ионы сульфата (SO4 − −). Ионы водорода, достигнув пластины PbO2, получают электроны от нее и становятся атомами водорода, которые снова атакуют PbO2 и образуют PbO и H2O (воду). Этот PbO реагирует с H2 SO4 и образует PbSO4 и H2O (воду).
Ионы SO4 − − свободно перемещаются в растворе, поэтому некоторые из них достигнут чистой пластины Pb, где они отдадут свои лишние электроны и станут радикалом SO4. Поскольку радикал SO4 не может существовать самостоятельно, он атакует Pb и образует PbSO4.
Поскольку ионы H+ забирают электроны у пластины PbO2, а ионы SO4 − − отдают электроны пластины Pb, возникнет неравенство электронов между этими двумя пластинами. Поэтому будет происходить поток тока через внешнюю нагрузку между этими пластинами для уравновешивания этого неравенства электронов. Этот процесс называется разрядкой свинцово-кислотного аккумулятора.
Свинцовый сульфат (PbSO4) белого цвета. Во время разрядки,
Обе пластины покрыты PbSO4.
Удельный вес раствора серной кислоты снижается из-за образования воды во время реакции на пластинах PbO2.
В результате скорость реакции снижается, что означает, что разность потенциалов между пластинами уменьшается во время процесса разрядки.
Теперь мы отключим нагрузку и подключим пластину PbSO4, покрытую PbO2, к положительному выводу внешнего источника постоянного тока, а пластину PbO2, покрытую Pb, к отрицательному выводу этого источника. Во время разрядки плотность серной кислоты снижается, но все еще остается серная кислота в растворе. Эта серная кислота также существует в виде ионов H+ и SO4− − в растворе. Ионы водорода (катионы), имеющие положительный заряд, движутся к электроду (катоду), подключенному к отрицательному выводу источника постоянного тока. Здесь каждый ион H+ берет один электрон от него и становится атомом водорода. Эти атомы водорода затем атакуют PbSO4 и образуют свинец и серную кислоту.
Ионы SO4− − (анионы) движутся к электроду (аноду), подключенному к положительному выводу источника постоянного тока, где они отдают свои лишние электроны и становятся радикалом SO
