Химические процессы протекающие при зарядке аккумулятора

Химические процессы протекающие при зарядке аккумулятора

В заряженном аккумуляторе активная масса положительных пластин состоит из перекиси свинца РЬ02 темно-коричневого цвета, а активная масса отрицательных пластин — из губчатого свинца РЬ серого цвета. При этом плотность электролита в зависимости от времени года и района эксплуатации колеблется в пределах 1,25- 1,31 г/см3.

При разряде аккумулятора активная масса отрицательных пластин преобразуется из губчатого свинца РЬ в сернокислый свинец PbS04 с изменением цвета из серого в светло-серый.

Активная масса положительных пластин аккумулятора преобразуется из перекиси свинца РЬ02 в сернокислый свинец PbS04 с изменением цвета из темно-коричневого в коричневый.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Сернокислый свинец PbS04 принято называть сульфатом свинца.

Практически при допустимом разряде аккумулятора в химических реакциях участвует не более 40 — 50% активной массы пластин, так как к глубоким слоям активной массы вследствие недостаточной ее пористости электролит в необходимом количестве не поступает. Отложение кристаллов PbS04 на поверхности стенок пор сужает и даже закупоривает поры активной массы, что затрудняет проникновение электролита к ее внутренним, более глубоким слоям. Ввиду этого часть химической энергии, запасенной в виде РЬ02 и РЬ во внутренних слоях активной массы, не будет вступать в контакт с электролитом, что уменьшит емкость каждого аккумулятора батареи.

Так как в процессе разряда серная кислота идет на образование сернокислого свинца PbS04 при одновременном выделении воды Н20, то плотность электролита соответственно уменьшается с 1,25 — 1,31 до 1,09 — 1,15 г/см3.

Таким образом, плотность электролита при 100%-ном разряде уменьшается на 0,16 г/см3, следовательно, в период разряда аккумулятора уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см3 соответствует снижению емкости аккумулятора на 6%.

Изменение плотности электролита является одним из основных показателей степени разряда аккумулятора.

Для заряда аккумулятор включают в цепь параллельно источнику постоянного тока (генератору, выпрямителю), напряжение которого должно превышать э. д. с. заряжаемого аккумулятора.

При заряде активная масса отрицательных пластин постепенно превращается из сернокислого свинца PbS04 в губчатый свинец РЬ (серого цвета), а активная масса положительных пластин превращается из PbS04 в перекись свинца РЬ02 (темно-коричневого цвета). При этом вследствие образования H2S04 при одновременном уменьшении Н20 плотность электролита увеличивается с 1,09 — 1,15 до 1,25 — 1,31 г/см3.

Источник

Химические процессы в свинцово-кислотных аккумуляторах

Химические процессы в свинцово-кислотных аккумуляторах

Как не формулируй название статьи, — оно всё равно будет правильным. Химия и энергия — связаны воедино в конструкции аккумулятора.

Свинцово-кислотные аккумуляторы могут работать несколько лет в режимах заряда-разряда. Они быстро подзаряжаются и быстро отдают запасённую энергию. Секрет этих метаморфоз кроется в химии, ведь именно она помогает преобразовывать электричество, но как?

«Таинство» преобразования энергии в аккумуляторе обеспечивает совокупность реагентов, среди которых есть окислитель и восстановитель, взаимодействующие через электролит. Восстановитель (губчатый свинец РЬ) имеет отрицательный заряд. Во время химической реакции он окисляется, и его электроны странствуют к окислителю, у которого положительный заряд. Окислитель (диоксид свинца РЬО2) восстанавливается, а результатом этого является электрический ток.

В качестве электролита используют жидкость, которая плохо проводит ток, но является хорошим проводником для ионов. Это водный раствор серной кислоты (H2S04). В химической реакции происходит процесс, всем известный со школьной скамьи — электролитическая диссоциация.

В процессе реакции, — положительно заряженные ионы (Н+) направляются к положительному электроду, а отрицательно заряженные ионы (SO42-) к отрицательному. Когда аккумулятор разряжается, то из восстановителя (губчатый свинец), через электролит к положительному электроду, — направляются ионы с положительным зарядом РЬ2+.

Четырехвалентные ионы свинца (РЬ4+) превращаются в двухвалентные (РЬ4+). Однако, это еще не все химические реакции. Когда ионы кислотных остатков с отрицательным зарядом (SO42-) соединяются с положительно заряженными ионами свинца (РЬ2+), то на обоих электродах образуется сульфат свинца (РЬSО4). А вот это уже плохо для аккумулятора. Сульфатация сокращает срок службы аккумулятора и постепенно накапливаясь, может привести к его разрушению. Побочным эффектом химических реакций в обычных свинцово-кислотных аккумуляторах, являются газы.

Что же происходят, когда аккумулятор подзаряжают?

Электроны направляются к электроду с отрицательным зарядом, где выполняют свою функцию — нейтрализуют ионы свинца (РЬ2+). Химические реакции, происходящие в аккумуляторных батареях можно описать такой формулой:

Плотность электролита, и его уровень в аккумуляторе, зависит от того, — заряжен, или разряжен аккумулятор. Изменения плотности электролита можно описать следующей формулой:

где показатель разрядки аккумулятора, который измеряется в процентах, — Cp. Плотность электролита при полной зарядке — Рз. Плотность электролита при полной разрядке — Pр.

Стандартная температура, при которой делают измерения + 25°С, Плотность электролита в соответствии с температурой + 25°С, г/см3 — Р25.
Во время химической реакции положительные электроды используют в 1,6 раза больше кислоты, чем отрицательные. Когда аккумулятор разряжается, то объем электролита растет, а когда заряжается, наоборот — уменьшается.
Таким вот образом, с помощью химических реакций, аккумулятор принимает, а потом отдаёт электрическую энергию.

Источник

2. Аккумуляторы. Процессы, протекающие при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора.

Аккумуляторы – хим.источники тока,в которых электродные процессы обратимы.

Процессы, протекающие при зарядке и зарядке свинцового аккумулятора.

Свинцовый аккумул.состоит из решетчатых свинцовых пластин,половина из которых заполнена губчатым Pb, а другая половина – PbO2.

Пластина погружена в 35-40% раств.Н2SO4/

Для зарядки аккумул.подключают к внешнему источнику тока плюсом к плюсу, мин.к минусу.

Анод становится катодом, и на нем идет восстановление: PbSO4 +2e=Pb+SO4(2-)

А катод- анодом, и на нем происходит процесс окисления : PbSO4+2H2O -2e=PbO2+4H(+)+SO4(2-)

Суммарное уравнение ОВР при зарядке PbSO4+2H2O =Pb+PbO2+2H2SO4

Т.о.при зарядке получаются компоненты, которые необходимы .для его работы.

3. Понятие об электрогравиметрии, кулонометрии, потенциометрии, вольтамперометрии, кондуктометрии(электрохим методы количественного анализа)

Электрохим методы – основаны на процессах, происходящих на электродах, находящихся в контакте с растворами, а также в межэлектродном пространстве

ЭЛЕКТРОГРАВИМЕТРИЯ – метод, основанный на определении массы вещества, выделяющегося на электроде при прохождении через раствор электролитов постоянного электрического тока(закон Фарадея)

Кулонометри́я —метод анализа, основанный на зависимости массы или объема выделившегося или разложившегося вещества от количества электричества, прошедшего через электролит (закон Фарадея)

ПОТЕНЦИОМЕТРИЯ – метод, основанный на зависимости потенциала электрода от концентрации (активности) потенциалообразующего иона или вещества (уравнение Нернста)

Вольтамперометрия — метод, основанный на зависимости силы тока восстановления или окисления от концентрации (активности) электроактивного вещества (деполяризатора)

Кондуктометрия—метод, основанный на зависимости электропроводности раствора от концентрации электролита

1.Первое начало термодинамики. Энтальпия химических систем. Тепловые эффекты химических процессов. Закон Гесса.

Первое начало термодинамики:-Энерг.неуничтожаема и несотворяема, она может только переходить из одной формы в др.в строго эквивал.соотношениях;-нельзя совершить работу без затрат энергии

U+PV=H-энтальпия или внутреннее теплосодержание системы.

Дельта H-изменение энтальпии -тепловой эффект

Стандартная энтальпия образования вещества-изменение энтальпии реакции образования 1 моля данного вещества из простых веществ в стандартных условиях

Внутренняя энергия простых веществ и энтальпия их образования принята равным нулю.

Закон Гесса: Тепловой эффект реакции (изменение энтальпии) не зависит от нач.и кон.состояния участв.в реакции вещ-в,он равен сумме тепловых эффектов промежуточн.стадий процесса. Следствия: 1) дельта Н равен по величине и противоположен по знаку дельта Н обратной реакции 2) для двух реакций, имеющих одинаковые исходные, но разные конечные состояния, разность тепловых эффектов представляет тепловой эффект перехода из одного конечного состояния в другое 3) для двух реакций, имеющих одинаковые конечные, но разные исходные состояния, разность тепловых эффектов перехода из одного исходного состояния в другое 4) дельта Н равен сумме дельта Н образования продуктов реакции за вычетом суммы дельта Н образования исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты 5) дельта Н реакции равен сумме дельта Н сгорания исходных веществ за вычетом суммы дельта дельта сгорания продуктов реакции, умноженных на стехиометрические коэффициенты

Источник

Физико-химические процессы в аккумуляторных батареях

Основные особенности конструкции.В элементах АБ активная масса отрицательного и положительного электродов состоит соответственно из металла и металлического соединения, которые механически закреплены на решетке или гребенке. Она выполнена обычно из того же металла, что отрицательный электрод. Между собой разнополярные электроды разобщены с помощью неметаллического (пластмассового, полимерного) сепаратора. Все аккумуляторные элементы расположены в пластмассовом корпусе и залиты раствором кислотного или щелочного электролита. Элементы имеют внешние разнополяр­ные электрические выводы и соединяются между собой, как правило, по схеме последовательного включения. Корпус АБ обычно снабжен вентиляционным устройством для выхода испаряющихся (газообразных) продуктов реакции. Типичная конструкция АБ показана на рис. 1.3.

Известны также герметичные конструкции АЕ с малым количеством электролита, полностью адсорбированного в порах электродов. В этих АБ не требуются вентиляционные приспо­собления.

Рис. 1.3. Устройство свинцово-кислотной АБ: 1- сепаратор; 2 и 3 — блоки положительных и отрицательных пластин электродов; 4 — соединительная шина; 5 и 6 — положительный и отрицательный выводы; 7 —предохра­нительный щиток; 8 — собирательный мостик (баретка); 9 —опорный выступ; 10 — крышка секции; 11 — пробка заливного отверстия; 12 —моноблок (эбонитовый корпус с электро­литом)

Электрохимические процессы.Принцип работы аккумулятор­ного элемента состоит в электрохимическом взаимодействии двух активных веществ (электродов), помещенных в электролит, при подключении внешнего электрического сопротивления (цепи нагрузки) к разнополярным электродам. Электролит участвует в токообразующей реакции и служит средой для перемещения положительных и отрицательных ионов, замыкающих цепь тока на внутреннем участке аккумулятора.

Электрохимические процессы обратимы. При разряде AБ на сопротивление нагрузки в аккумуляторных элементах проис­ходит токообразующая электрохимическая реакция, которая сопровождается расходом (преобразованием) активных веществ электродов. Процесс заряда АБ при подключении ее к вне­шнему источнику электроэнергии сопровождается восстановлением химического состава активных веществ электродов в результате протекания электрического тока в направлении, обратном току разряда.

При разомкнутой внешней цепи обмен электрическими зарядами между электродами не происходит. Вблизи поверхнос­ти электродов (на границе раздела «твердый электрод — жидкий электролит») идут промежуточные реакции окисления и восста­новления химических веществ с отдачей электронов и образова­нием ионов. Недостаток электронов на одном электроде приводит к появлению на нем положительного заряда, избыток электронов на другом электроде обусловливает его отрицатель­ный заряд. Образуется разность электрических потенциалов, которая при разомкнутой цепи нагрузки равна ЭДС АБ.

Далее кратко рассмотрим работу основных типов кислотных и щелочных АБ, опуская промежуточные химические реакции.

Схема устройства свинцово-кислотного элемента АБ представлена на рис. 1.16. Положительный электрод изготовлен из двуокиси свинца PbO₂, отрицательный электрод— из губчатого свинца РЬ. Электролитом служит водный раствор серной кислоты H₂SO₄. Стехиометрическое уравнение результирующей реакции в этой АБ имеет вид

причем при заряде эта реакция идет справа налево, а при разряде слева на право.

В качестве примера щелочной АБ рассмотрим никель-кадмиевый элемент, схема устройства которого приведена на рис. 1.17. Положительный электрод в этой АБ выполнен из гидрооксида никеля (гидрата закиси никеля NiOOH), упакованного в ламелях из мелкоперфорированных стальных лент. Для повышения электропроводности активной массы электрода в нее добавляют особо чистый графит. Активная масса отрицательного электрода содержит губчатый кадмий Cd (в заряженном состоянии аккумулятора) или гидрооксид кадмия Cd(OH)₂ (в разряженном состоянии). Для предотвращения слипания частиц Cd в плотную массу вводят в электрод небольшое количество добавки из оксида железа. В качестве щелочного электролита используют водный раствор гидроокиси калия КОН .

Стехиометрическое уравнение итоговой зарядно-разрядной реакции в ни­кель-кадмиевой АБ имеет вид

причем вправо стрелка указывает направление реакции разряда, а влево — заряда.

Источник