Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Аккумуляторы относятся к вторичным гальванических элементов, то есть элементов многоразового использования, которые характеризуются оборачиваемостью процессов окисления-восстановления, которые лежат в их основе.



Изобретение гальванических элементов многоразового использования принадлежит французскому ученому Гастону Планте (1859 год). На две свинцовые пластины, покрытые пленкой оксида свинца, погруженные в разведенную сульфатную кислоту, подавали некоторое время электрический ток. После подключения к пластин гальванометра выяснилось, что аккумулятор начал самостоятельно производить электрический ток и при этом выделять почти всю энергию, которую на него подали. Процесс зарядки можно было повторять много раз: элемент неизменно работал исправно и не разрушался (рис. 6). Современный свинцовый кислотный аккумулятор состоит из пластмассового корпуса, положительных (покрытых PbO2) и негативных (губчатим свинцом) пластин, сепаратора, который разделяет эти пластины и пропускает электролит, и электролита-водный раствор серной кислоты (32-36 %-ный ,р = 1,23 - 1,27г/см3). В свинцовом кислотном аккумуляторе количество отрицательных пластин всегда на одну больше, чем положительных. Негативные пластины всегда расположены с краю.

В конструкциях автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов ученые пытались как можно увеличить поверхность электродов, не нарушая при этом их прочности. Ведь именно от величины поверхности зависит энергоемкость аккумулятора. На сегодня пластины аккумулятора изготавливают в форме свинцовых решеток, покрытых окисью свинца (IV) и губчатим свинцом. Заряженный аккумулятор имеет напряжение на клеммах 2-2,2В. Срок службы 200-500 циклов заряда-разряда. При соединении электродов проводником с потребителем энергии мы розряджаємо аккумулятор. Положительно заряженная пластина (катод) будет восстанавливаться, а негативная (анод) - окисляться.

Из схемы (рис. 7) видно, что на аноде происходит окисления атомов свинца водород-ионами, которые содержит раствор серной кислоты. Атомы свинца теряют валентные электроны, превращаются в ионы Pb2+, а освободившиеся электроны идут внешним проводником к катоду. Положительные ионы Pb2+ переходят со свинцовой пластинки в раствор, где их нейтрализуют негативные гидросульфат ионы (HSO- ) с образованием малорозчинного сульфата свинца.

Освободившиеся электроны восстанавливают на катоде оксид свинца (PbO2) к катионам Pb2+, которые переходят из катода в раствор и нейтрализуются негативными гидросульфат-ионами с образованием малорозчинного сульфата свинца. То есть в процессе работы аккумулятора и на аноде и на катоде образуется малорастворим сульфат свинца, а сульфатная кислота - уходит, превращаясь в воду. Концентрацию кислоты необходимо контролировать при разрядке аккумулятора, плотность электролита не должна быть меньше 1,7 г/см3. То есть измерения плотности электролита является точным показателем, который определяет степень заряженности аккумулятора.

Как только пластины покроются слоем малорозчинного сульфата свинца, удельная электрическая проводимость которого очень низкая (10-6 см/м), аккумулятор прекратит давать ток. Через некоторое время на электродах может начаться процесс сульфатации - постепенного превращения дрібнокристалічного сульфата свинца на твердый слой крупнокристаллического осадка. Аккумулятор с засульфатованими электродами очень трудно заряжать. Поэтому разряжать меньше определенного напряжения (1,7 - 1,8В), хранить в разряженном состоянии, а также систематически недозаряджати свинцовый кислотный аккумулятор нельзя. К тому же, в этих условиях на аноде решетка из свинца может слишком потоншати в процессе реакции, и пластины, потеряв прочность, рассыплются. В процессе пропускания тока через электролит из серной кислоты на свинцовой пластине, которая соединена с отрицательным полюсом источника тока - катодом, восстанавливается свинец. На электроде, соединенном с положительным полюсом - анодом, выделяется PbÜ2. Аккумулятор зарядится на тот момент, когда катод вполне станет чистым свинцом, а анод - окисью свинца (IV). Тогда между электродами фиксируется наибольшее напряжение. Процесс зарядки аккумулятора с точки зрения теоретической химии - это процесс электролиза, теоретические основы которого будут описаны в следующем разделе.

Разряжают и заряжают аккумуляторы (это касается практически всех видов электрохимических аккумуляторов) обычно с достаточно малой нагрузкой, небольшими токами и довольно длительное время - несколько часов.

Свинцовые кислотные аккумуляторы выпускают стартерные или пусковые (емкостью от 5 до 200 Ач., напряжением 6В и 12В, используют в автомобилях); тяговые (от 40 до 1200 Ач., используют на железнодорожном транспорте); стационарные батареи (от 40 до 5000 Ач.). Свинцовые кислотные аккумуляторы достаточно экономичны. Они предоставляют возможность получать достаточно большие значения силы тока.

Однако они и капризные, часто портятся, недолговечны, подвержены саморазряду. К тому же свинец - сравнительно редкий и дорогой металл, к чистоты электролита предъявляют большие требования (не должно быть примесей ионов металлов Ca2+, Mg2+, Fe3+ и других, потому что эти ионы могут вызвать образование "мостиков" (дендритов) между электродами, короткое замыкание и саморазряд). Кислота опасна в использовании.



Загрузка...
Яндекс.Метрика