Мир науки

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

Загрузка...

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.


Яндекс.Метрика
Биология      Физика      Химия      Экономика     География
Микробиология      Теоретическая механика     География Белоруссии    География Украины    География Молдавии
Растительность мира      Электротехника    География Грузии    География Армении    География Азербайджана
География Казахстана    География Узбекистана    География Киргизии    География Туркменистана    Природоведение
География Таджикистана    География Эстонии