การทำงานของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว | แบตเตอรี่เก็บพลังงานแบบทุติยภูมิกรดตะกั่ว
การทำงานของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว
แบตเตอรี่สำรองหรือแบตเตอรี่ทุติยภูมิเป็นแบตเตอรี่ที่สามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี และพลังงานเคมีนี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อจำเป็น การแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมีโดยใช้แหล่งไฟฟ้าภายนอกเรียกว่าการชาร์จแบตเตอรี่ ในขณะที่การแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อจ่ายให้กับโหลดภายนอกเรียกว่าการปล่อยประจุของแบตเตอรี่ทุติยภูมิ
ระหว่างการชาร์จแบตเตอรี่, กระแสไฟฟ้า จะผ่านเข้าไปในแบตเตอรี่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีภายในแบตเตอรี่ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเหล่านี้จะดูดซับพลังงานในระหว่างการสร้าง.
เมื่อแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับโหลดภายนอก การเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งพลังงานที่ถูกดูดซับจะถูกปล่อยออกมาเป็นพลังงานไฟฟ้าและจ่ายให้กับโหลด
ตอนนี้เราจะพยายามทำความเข้าใจหลักการการทำงานของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว และสำหรับสิ่งนี้เราจะกล่าวถึงแบตเตอรี่กรดตะกั่ว ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการเก็บพลังงานหรือแบตเตอรี่ทุติยภูมิ
วัสดุที่ใช้สำหรับเซลล์แบตเตอรี่กรดตะกั่วสำรอง
วัสดุหลักที่ต้องการในการสร้างแบตเตอรี่กรดตะกั่วคือ
ออกไซด์ตะกั่ว (PbO2).
ตะกั่วฟอง (Pb)
กรดกำมะถันเจือจาง (H2SO4).
ออกไซด์ตะกั่ว (PbO2)
แผ่นบวกทำจากออกไซด์ตะกั่ว ซึ่งเป็นสารสีน้ำตาลเข้มแข็งและแตกหักได้ง่าย
ตะกั่วฟอง (Pb)
แผ่นลบทำจากตะกั่วบริสุทธิ์ในสภาพฟองน้ำอ่อน
กรดกำมะถันเจือจาง (H2SO4)
กรดกำมะถันเจือจางที่ใช้สำหรับแบตเตอรี่กรดตะกั่ว มีอัตราส่วนน้ำ : กรด = 3:1.
แบตเตอรี่กรดตะกั่วสำรอง ถูกสร้างขึ้นโดยการจุ่มแผ่นออกไซด์ตะกั่วและแผ่นตะกั่วฟองในกรดกำมะถันเจือจาง โหลดภายนอกถูกเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเหล่านี้ ในกรดกำมะถันเจือจางโมเลกุลของกรดจะแยกออกเป็นไอออนไฮโดรเจนบวก (H+) และไอออนซัลเฟตลบ (SO4 − −) ไอออนไฮโดรเจนเมื่อถึงแผ่น PbO2 จะรับอิเล็กตรอนจากมันและกลายเป็นอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งจะโจมตี PbO2 และสร้าง PbO และ H2O (น้ำ) ซึ่ง PbO นี้จะทำปฏิกิริยากับ H2 SO4 และสร้าง PbSO4 และ H2O (น้ำ)
ไอออน SO4 − − เคลื่อนที่อย่างอิสระในสารละลายบางส่วนจะไปถึงแผ่นตะกั่วบริสุทธิ์ที่ซึ่งพวกมันจะมอบอิเล็กตรอนพิเศษและกลายเป็นราดิเคิล SO4 ราดิเคิล SO4 ไม่สามารถดำรงอยู่ได้เองจึงจะโจมตี Pb และสร้าง PbSO4.
เนื่องจากไอออน H+ รับอิเล็กตรอนจากแผ่น PbO2 และไอออน SO4 − − มอบอิเล็กตรอนให้แผ่น Pb จึงจะมีความไม่เท่าเทียมของอิเล็กตรอนระหว่างสองแผ่นนี้ ดังนั้นจึงจะมีการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านโหลดภายนอกระหว่างสองแผ่นนี้เพื่อปรับความไม่เท่าเทียมของอิเล็กตรอน สิ่งนี้เรียกว่าการปล่อยประจุของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว.
ตะกั่วซัลเฟต (PbSO4) มีสีขาว ในระหว่างการปล่อยประจุ,
ทั้งสองแผ่นถูกปกคลุมด้วย PbSO4.
ความหนาแน่นจำเพาะของสารละลายกรดกำมะถันลดลงเนื่องจากการสร้างน้ำในปฏิกิริยาที่แผ่น PbO2.
ผลิตภัณฑ์ของการตอบสนองลดลงซึ่งหมายความว่าความต่างศักยภาพ ระหว่างแผ่นลดลงในระหว่างกระบวนการปล่อยประจุ.
ตอนนี้เราจะตัดการเชื่อมต่อโหลดและเชื่อมต่อแผ่น PbSO4 ที่ปกคลุมด้วย PbO2 กับขั้วบวกของแหล่ง DC ภายนอกและแผ่น PbO2 ที่ปกคลุมด้วย Pb กับขั้วลบของแหล่ง DC ภายนอก ในระหว่างการปล่อยประจุ ความหนาแน่นของกรดกำมะถันลดลงแต่ยังคงมีกรดกำมะถันอยู่ในสารละลาย กรดกำมะถันนี้ยังคงอยู่ในรูปของ H+ และ SO4− − ไอออนในสารละลาย ไอออนไฮโดรเจน (แคทไอออน) ที่มีประจุบวก เคลื่อนที่ไปยังอิเล็กโทรด (แคนโทด) ที่เชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่ง DC ที่นี่แต่ละไอออน H+ รับอิเล็กตรอนหนึ่งจากนั้นและกลายเป็นอะตอมไฮโดรเจน อะตอมไฮโดรเจนเหล่านี้แล้วจะโจมตี PbSO
