Аккумуляторы. Рис.6. 7. Схема элементарной ячейки кислотного аккумулятора

  Аккумуляторы

                                                                          

Аккумуляторы относятся к перезаряжаемым источникам тока. В них внутренняя энергия обратимых окислительно-восстановительных реакций непосредственно преобразуется в энергию постоянного электрического тока. Одна из реакций, осуществляемая за счет внешнего источника постоянного тока, обеспечивает превращение электрической энергии в химическую и накопление последней. Этот процесс называется «зарядка» аккумулятора. Обратная реакция обеспечивает протекание электрического тока во внешней цепи за счет превращения накопленной химической энергии в электрическую. Данный процесс называется «разрядка» аккумулятора. После разрядки работоспособность аккумулятора восстанавливается вновь за счет процесса зарядки. На практике широкое применение получили кислотные и щелочные аккумуляторы.

Рассмотрим принцип работы на примере кислотного свинцового аккумулятора.

Ячейка представляет собой емкость, заполненную 30%-ным раствором серной кислоты, в которую помещены отрицательный (I) и положительный (II) электроды, разделенные специальной мембраной. Основой обоих электродов является металлическая решетка из сплава свинец-сурьма (Pb-Sb), обладающая хорошей механической прочностью. Активной массой отрицательного электрода (анода) является свинцовая губка (вспененный свинец с большой удельной поверхностью). Положительный электрод (катод) изготовлен из двуокиси свинца (PbO₂). Мембрана предотвращает короткие замыкания между электродами.

 

 

Рис. 6. 7. Схема элементарной ячейки кислотного аккумулятора

Схему аккумулятора при разрядке можно представить следующим образом:

 (-) Pb | H₂SO₄ | PbO₂ (+).

В процессе разряда аккумулятора на его отрицательном электроде протекает реакция окисления свинца, а на положительном – реакция восстановления двуокиси свинца:

(-) Pb - 2  = Pb²⁺                              E⁰ = -0, 136 B

(+) PbO₂ + 4H⁺ + 2  = Pb²⁺ + 2H₂O E⁰ = +1, 45B

В обоих процессах продуктом реакций является труднорастворимый сульфат свинца (PbSO₄).

Токообразующая реакция представляет взаимодействие свинца с двуокисью свинца в кислой среде:

 

Pb + PbO₂ + 4H⁺ + 2SO₄^2- Û 2PbSO₄↓ +2H₂O

 

На практике часто о степени разряженности аккумулятора судят по плотности электролита. Чем меньше плотность, тем сильнее разряжено устройство.

При зарядке аккумуляторные клеммы подсоединяются к клеммам источника постоянного тока с соблюдением полярности. В процессе заряда все перечисленные реакции начинают протекать в обратном направлении. На отрицательных пластинах образуется свинец, а на положительных – двуокись свинца, т. е. нарабатывается исходная активная масса.

Среди множества щелочных аккумуляторов следует выделить железо-никелевые, никель-кадмиевые и серебряно-цинковые системы. В щелочных аккумуляторахэлектролитом является раствор щелочи. Например, в железо-никелевом аккумуляторе электролитом является концентрированный раствор КОН. Схема аккумулятора следующая:

( - ) Fe | КОН |NiOOH ( + ).

Заряд и разряд происходят в результате реакции:

Fe(OH)₂ + 2Ni(OH)₂ Û Fe + 2NiOOH + 2H₂О,

что соответствует восстановлению Fe²⁺ до Fe⁰ и окислению Ni²⁺ до Ni³⁺

при заряде и обратным процессам при разряде.

Преимущество щелочных аккумуляторов, по сравнению со свинцовым кислотным аккумулятором, в том, что они имеют больший срок службы.

Одним из видов аккумуляторов являются аккумуляторы, в которых в качестве анодов используются высокоактивные щелочные металлы, а в качестве катодов – сложные оксидные системы. Особняком стоят литий-ионные аккумуляторы. В них реализованы все достоинства литиевых систем, но исключается возгорание при попадании воздуха или влаги.

                                          

⇐ Предыдущая21222324252627282930Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: