Робота свинцево-кислотної акумуляторної батареї | Свинцево-кислотна вторинна зберігаюча батарея
Робота свинцьово-кислотної акумуляторної батареї
Акумулювальна батарея або вторинна батарея — це така батарея, в якій електрична енергія може зберігатися у вигляді хімічної енергії, яка потім перетворюється на електричну енергію за потребою. Перетворення електричної енергії в хімічну за допомогою зовнішнього джерела електроенергії називається зарядкою батареї. Натомість перетворення хімічної енергії в електричну для забезпечення зовнішнього навантаження називається розрядкою вторинної батареї.
Під час зарядки батареї, струм проходить через неї, що спричиняє деякі хімічні зміни всередині батареї. Ці хімічні зміни поглинають енергію під час їх формування.
Коли батарея підключається до зовнішнього навантаження, хімічні зміни відбуваються в зворотному напрямку, під час яких поглинута енергія виділяється у вигляді електричної енергії і надається навантаженню.
Тепер спробуємо зрозуміти принцип роботи свинцьово-кислотної акумуляторної батареї і для цього спочатку обговоримо свинцьово-кислотну акумуляторну батарею, яка дуже часто використовується як акумулювальна батарея або вторинна батарея.
Матеріали, використовувані для свинцьово-кислотних акумулювальних батарей
Основні активні матеріали, необхідні для виготовлення свинцьово-кислотної батареї, це:
Свинець пероксид (PbO2).
Губча мідь (Pb)
Розчинена сіркова кислота (H2SO4).
Свинець пероксид (PbO2)
Позитивна плита виготовлена зі свинцю пероксиду. Це темно-коричневий, твердий і хрупкий матеріал.
Губча мідь (Pb)
Негативна плита виготовлена з чистого свинцю в м’якому губчатому стані.
Розчинена сіркова кислота (H2SO4)
Розчинена сіркова кислота, використовувана для свинцьово-кислотної батареї, має співвідношення води до кислоти = 3:1.
Свинцьово-кислотна акумулювальна батарея формується шляхом занурення плит зі свинцю пероксиду та губчатого свинцю в розчинену сіркову кислоту. Зовнішнє навантаження підключається між цими плитами. У розчиненій сірковій кислоті молекули кислоти розщеплюються на позитивні іони водню (H+) та негативні іони сульфату (SO4 − −). Коли іони водню досягають плити PbO2, вони отримують електрони від неї і стають атомами водню, які знову атакують PbO2 і утворюють PbO і H2O (вода). Цей PbO реагує з H2 SO4 і утворює PbSO4 і H2O (вода).
Іони SO4 − − вільно рухаються в розчині, тому деякі з них досягнуть чистої плити Pb, де вони віддадуть свої надлишкові електрони і стануть радикалом SO4. Оскільки радикал SO4 не може існувати самостійно, він атакує Pb і утворює PbSO4.
Оскільки іони H+ забирають електрони від плити PbO2 і іони SO4 − − дають електрони плиті Pb, буде нерівність електронів між цими двома плитами. Тому буде потік струму через зовнішнє навантаження між цими плитами для вирівнювання цієї нерівності електронів. Цей процес називається розрядкою свинцьово-кислотної батареї.
Сульфат свинцю (PbSO4) має білесний колір. Під час розрядки,
Обидві плити покриваються PbSO4.
Відносна густота розчину сіркової кислоти зменшується через утворення води під час реакції на плиті PbO2.
Як результат, швидкість реакції зменшується, що означає, що різниця потенціалів між плитами зменшується під час процесу розрядки.
Тепер ми від'єднаємо навантаження і під'єднуємо плиту, покриту PbSO4 зі свинцем пероксиду, до позитивного терміналу зовнішнього DC-джерела, а плиту, покриту PbO2 зі свинцем, до негативного терміналу цього DC-джерела. Під час розрядки густота сіркової кислоти зменшується, але все ж сіркова кислота є в розчині. Ця сіркова кислота також залишається як іони H+ і SO4− − в розчин
