Kaj je svinčeno-kislinska baterija?

https://youtu.be/kNGg0P7B5fI

Svinčena baterija je baterija za ponovno polnjenje, ki uporablja svinec in žveplovo kislino. Svinec je potopljen v žveplovo kislino, da omogoči nadzorovane kemične reakcije.

Ta kemična reakcija je vzrok za proizvodnjo energije baterije. Reakcija se nato obrne, da se baterija napolni.

Materiali za svinčeve baterije

Glavni aktivni materiali, potrebni za izdelavo svinčenih akumulatorjev, so:

Svinčev peroksid (PbO2): temno rjav, trd in krhek material, ki tvori pozitivno ploščo.

Gobasti svinec (Pb): čisti svinec pod pogojem mehke gobe tvori negativno ploščo.

Razredčena žveplova kislina (H2SO4): močna kislina in dober elektrolit. Je visoko ioniziran in večina toplote, ki se sprosti med redčenjem, izvira iz hidratacije vodikovih ionov. Za svinčeve baterije z vodo: kislina=3:1.

Kako delujejo svinčevi akumulatorji?

Svinčeno-kislinska baterija je izdelana iz elektrodne plošče svinčevega peroksida in gobaste svinčene elektrodne plošče, potopljene v razredčeno žveplovo kislino. Tok je zunaj povezan med temi ploščami. V razredčeni žveplovi kislini se molekule kisline razcepijo na pozitivne vodikove ione (H plus ) in negativne sulfatne ione (SO4 --). Ko doseže ploščo PbO2, vodikovi ioni od tam prejmejo elektrone in postanejo vodikovi atomi, ponovno napadejo PbO2 in tvorijo PbO in H2O (vodo). Ta PbO reagira s H2SO4, da nastane PbSO4 in H2O (voda).

SO4 - ioni (anioni) se premaknejo na elektrodo (anodo), ki je povezana s pozitivnim polom enosmernega napajalnika, kjer oddajo odvečne elektrone in postanejo prosti radikal SO4. Ta radikal SO4 ne more obstajati sam; Zato reagira s PbSO4 na anodi, da nastane svinčev peroksid (PbO2) in žveplova kislina (H2SO4).

Ko je baterija napolnjena

Polnjenje je proces obratne elektrokemične reakcije. Pretvori električno energijo iz polnilnika v kemično energijo v bateriji. Vendar baterija ne shranjuje energije. Ohranja kemično energijo, potrebno za proizvodnjo električne energije.

Če je napetost polnilnika višja od napetosti baterije, bo polnilnik obrnil tok. Polnilnik ustvari preveč elektronov na negativni plošči, pozitivni vodikovi ioni pa jih privlačijo. Vodik reagira s svinčevim sulfatom, da nastane žveplova kislina in svinec. Ko večina sulfata izgine, se vodik dvigne z negativne plošče. Kisik v vodi reagira s svinčevim sulfatom na pozitivni plošči, da ponovno postane svinčev dioksid. Ko je reakcija tik pred zaključkom, se iz pozitivne plošče dvignejo mehurčki kisika. To se imenuje krvavitev.

Samopraznjenje

Slaba lastnost svinčenih akumulatorjev je, da se sami izpraznijo, tudi ko niso v uporabi. Splošno pravilo je en odstotek samopraznjenja na dan. Stopnja se poveča pri visoki temperaturi in zmanjša pri nizki temperaturi.

Menjava elektrolita v svinčevem akumulatorju po polnjenju in praznjenju

Ko se svinčev akumulator izprazni, se žveplova kislina v elektrolitu zmanjša, vsebnost vode se poveča in specifična teža raztopine se zmanjša.

Ko je svinčeno-kislinska baterija napolnjena, žveplova kislina v elektrolitu nenehno narašča, voda se postopoma zmanjšuje, specifična teža raztopine pa se povečuje.

Pravzaprav sprememba specifične teže elektrolita določa stanje napolnjenosti svinčeve baterije. Zato je pomembno, da baterijo dosledno zalivate z vodo, da jo kar najbolje izkoristite.