Download - лекция 4. свинцово кислотные аккумуляторы
Современные химические источники тока
Лекция 4. Свинцово-кислотные аккумуляторы
Козадеров О.А. 2015 г.
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
Козадеров О.А. 2015 г.
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
Козадеров О.А. 2015 г.
Материалы элементаи парциальные процессы на электродах Анод (отрицательный электрод)
Губчатый свинецH2SO4 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 EditionКозадеров О.А. 2015 г.
Козадеров О.А. 2015 г.
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
Козадеров О.А. 2015 г.
Козадеров О.А. 2015 г.
Напряжение разомкнутой цепии кривые разряда/заряда
( - ) Pb | H2SO4 | PbO2 (+)Uр.ц Е
Козадеров О.А. 2015 г.
Побочные электрохимические процессы коррозия положительного электрода
Pb + 6H2O = PbO2 + 4H3O+ + 4e–
выделение кислорода на положительном электроде3H2O = ½ O2 + 2H3O+ + 2e–
выделение водорода на отрицательном электроде2H3O+ + 2e– = H2 + 2H2O
восстановление кислорода на отрицательном электроде
½ O2 + 2H3O+ + 2e– = 3H2O
Козадеров О.А. 2015 г.
Сульфатация электродовПостепенный переход
рыхлого мелкокристаллического PbSO4в плотный слой сульфата свинца
Аккумулятор с сульфатированными электродами трудно поддается заряду, вместо восстановления по схеме PbSO4Pb на отрицательном электроде начинается выделение Н2
Козадеров О.А. 2015 г.
Сульфатация электродовПроисходит: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.
Козадеров О.А. 2015 г.
Уход и эксплуатация1. 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)
Козадеров О.А. 2015 г.
Применение свинцовых аккумуляторов на транспортных средствах с двигателями
внутреннего сгорания автономные источники электропитания
обеспечивают очень большую мощность, требуемую для запуска двигателя
обеспечивают энергией систему низкотокового электрооборудования 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
Козадеров О.А. 2015 г.
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