лекция 5. свинцово кислотные аккумуляторы

Химические источники энергии

Лекция 5. Свинцово-кислотные аккумуляторы

План лекции

Козадеров О.А. 2015 г.

Изобретение свинцового аккумулятора

Устройство

Процессы

Напряжение

Проблемы

Обслуживание

Переработка

Аккумуляторы = вторичные источники тока


многоразового использования

содержат ограниченный запас окислителя и восстановителя

после полного израсходования активных веществ масс могут быть приведены в рабочее состояние под действием электрического тока

катод => «положительный электрод»

анод => «отрицательный электрод»

Свинцово-кислотный аккумулятор


Доля свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 70% рынка всех вторичных источников тока в мире

Первый действующий образец

1859 г., Гастон Плантэ(Франция)

Два свинцовых листа, разделенных полотняным сепаратором, свернутых в спираль и вставленных в банку с серной кислотой


Материалы элементаи парциальные процессы на электродах

Анод (отрицательный электрод)

Губчатый свинец

H2SO4 H+ + HSO4-

Pb + HSO4- = PbSO4 + H+ + 2e (Е0 = -0,356 В)

Катод (положительный электрод)

Оксид свинца (IV) PbO2

PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e = PbSO4 + 2H2O (Е0 = 1,685

В)

Электролит

Раствор H2SO4 (28-40%)

Standard potentials: Chemistry The Central Science 12th Edition


Токообразующая реакция

Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

1. При разряде расходуется серная кислота, электролит разбавляется водой

2. На обоих электродах образуется малорастворимый сульфат свинца (II).


Плотность растворов серной кислоты

, г/мл а(H2SO4) a(H2O) U, В

1,050 0,0069 0,96 1,890

1,334 118 0,48 2,174

Измеряя плотность раствора электролита,можно судить о степени разряда свинцового аккумулятора


Напряжение разомкнутой цепии кривые разряда/заряда

( - ) Pb | H2SO4 | PbO2 (+)

Uр.ц Е


Побочные электрохимические процессы


коррозия положительного электрода

Pb + 6H2O = PbO2 + 4H3O+ + 4e–

выделение кислорода на положительном электроде

3H2O = ½ O2 + 2H3O+ + 2e–

выделение водорода на отрицательном электроде

2H3O+ + 2e– = H2 + 2H2O

восстановление кислорода на отрицательном электроде

½ O2 + 2H3O+ + 2e– = 3H2O

Сульфатация электродов

Постепенный переходрыхлого мелкокристаллического PbSO4

в плотный слой сульфата свинца

Аккумулятор с сульфатированнымиэлектродами трудно поддается заряду, вместо восстановления по схеме PbSO4Pb на отрицательном электроде начинается выделение Н2


Сульфатация электродов

Происходит:1. при систематических недозарядах аккумулятора2. при его хранении в разряженном состоянии

Избежать сульфатации можно, периодически подзаряжая аккумулятор.

Если электрод уже сульфатирован, то нужно заполнить аккумулятор РАЗБАВЛЕННОЙ серной кислотой или даже ДИСТИЛИРОВАННОЙ ВОДОЙ и заряжать малыми токами.


Уход и эксплуатация

1. Хранить только в ЗАРЯЖЕННОМ состоянии

2. Регулярно доливать ДИСТИЛЛИРОВАННУЮ ВОДУ При коррозии свинца и при перезаряде вода

разлагается

3. Помещение, в котором производится заряд, должно хорошо вентилироваться (выделяются токсичные стибин SbH3 и арсин AsH3)


Применение свинцовых аккумуляторов


на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания автономные источники электропитания

обеспечивают очень большую мощность, требуемую для запуска двигателя

обеспечивают энергией систему низкотоковогоэлектрооборудования транспортного средства

на электромобилях и системах резервного хранения энергии аккумуляторы глубокого разряда, тяговые батареи не обладают высокой мощностью, но обеспечивают энергией в

течение длительного времени

в мобильных устройствах применяться не могут очень тяжелые устройства с низкой удельной энергией около 40

Вт/кг

Преимущества и недостатки

+ -


надежность

долговечность

низкая стоимость производства

возможность неоднократной переработки

свинец - металл, опасный для окружающей среды

длительный процесс заряда

малая производительность при низкой температуре

Задание


Зная уравнение брутто-реакции, запишите уравнение Нернста для свинцово-кислотного аккумулятора

Используя это уравнение и материалы лекции, рассчитайте напряжение разомкнутой цепи свинцово-кислотной батареи для легкового автомобиля, если активности серной кислоты и воды равны соответственно:

а(H2SO4) = 9.2, а(H2O) = 0.92

Education

лекция 5. свинцово кислотные аккумуляторы