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