лекция 5. свинцово кислотные аккумуляторы

1. Химические источники энергии
Лекция 5. Свинцово-кислотные аккумуляторы

2. План лекции
Козадеров О.А. 2015 г.
 Изобретение свинцового аккумулятора
 Устройство
 Процессы
 Напряжение
 Проблемы
 Обслуживание
 Переработка

3. Аккумуляторы = вторичные источники тока
Козадеров О.А. 2015 г.
 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»

4. Свинцово-кислотный аккумулятор
Козадеров О.А. 2015 г.
 Доля свинцово-кислотных
аккумуляторов составляет
70% рынка всех вторичных
источников тока в мире

5. 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.

6. Материалы элемента
и 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
Козадеров О.А. 2015 г.

7. 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).
Козадеров О.А. 2015 г.

8. 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.

9. Напряжение разомкнутой цепи
и кривые разряда/заряда
( - ) Pb | H2SO4 | PbO2 (+)
Uр.ц  Е
Козадеров О.А. 2015 г.

10. Побочные электрохимические процессы
Козадеров О.А. 2015 г.
 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

11. Сульфатация электродов
Постепенный переход
рыхлого мелкокристаллического PbSO4
в плотный слой сульфата свинца
Аккумулятор с сульфатированными
электродами трудно поддается заряду,
вместо восстановления по схеме
PbSO4Pb на отрицательном
электроде начинается выделение Н2
Козадеров О.А. 2015 г.

12. Сульфатация электродов
Происходит:
1. при систематических недозарядах аккумулятора
2. 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.

13. 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)
Козадеров О.А. 2015 г.

14. Применение свинцовых аккумуляторов
Козадеров О.А. 2015 г.
 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

15. Преимущества и недостатки
+ -
Козадеров О.А. 2015 г.
 надежность
 долговечность
 низкая стоимость
производства
 возможность
неоднократной
переработки
 свинец - металл, опасный
для окружающей среды
 длительный процесс
заряда
 малая
производительность при
низкой температуре

16. Задание
Козадеров О.А. 2015 г.
 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