ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В — КиберПедия 

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В



СВИНЦОВОМ АККУМУЛЯТОРЕ

В 1883 году английские учёные Гладстон и Трейб опубликовали теорию химических про­цессов в свинцовом аккумуляторе, которая в настоящее время является общепризнанной класси­ческой теорией токообразующих процессов при заряде и разряде свинцовых аккумуляторов.

 

Согласно этой теории, принято считать, что активными веществами заряженного свинцового аккумулятора, принимающими участие в токообразующем процессе, являются:

- на положительном электроде – двуокись свинца PbO2 (тёмно-коричневого цвета);

- на отрицательном электроде – губчатый свинец Pb (серого цвета);

- электролит – водный раствор серной кислоты H2SO4.

Часть молекул кислоты в водном растворе всегда диссоциирована на положительно заряженные ионы водорода Н+ и отрицательно заряженные сульфат ионы SO42-.

РАЗРЯД АККУМУЛЯТОРА

 

Схема электрохимических процессов, протекающих при разряде свинцового аккумулятора, показана на Рис.1.

 

Свинец, который является активной массой отрицательного электрода, частично рас­творяется в электролите и окисляется в растворе с образованием положительных ионов Pb2+. Освободившиеся при этом избыточные электроны сообщают электроду отрицательный заряд и начинают движение по замкнутому участку внешней цепи к положительному электроду.

 

Положительно заряженные ионы свинца Pb2+ вступают в реакцию с отрицательно заряжен­ными сульфат ионами SO42- с образованием сульфата свинца PbSO4, который имеет незначитель­ную растворимость и поэтому осаждается на поверхности отрицательного электрода. Таким обра­зом, в процессе разряда аккумулятора, активная масса отрицательного электрода преобразуется из губчатого свинца в сернокислый свинец с изменением серого цвета на светло-серый.

 

Двуокись свинца PbO2 положительного электрода растворяется в электролите в значительно меньшем количестве, чем свинец отрицательного электрода. При взаимодействии с водой PbO2 диссоциирует (распадается в растворе на заряженные частицы – ионы). При этом образуются ионы четырёхвалентного свинца Pb4+ и ионы гидро­ксила OH-:

PbO2 + 2H2O ® Pb (OH)4 ® Pb4+ + 4OH- (4)

 

Ионы Pb4+ сообщают электроду положительный потенциал и, присоединяя электроны, при­шедшие по внешней цепи от отрицательного электрода, восстанавливаются до ионов двухвалент­ного свинца Pb2+, согласно уравнению:

 

Pb4+ + 2e- ® Pb2+ (5)

 

Ионы Pb2+ взаимодействуют с ионами SO42-, образуя сернокислый свинец PbSO4, который по указанной выше причине также осаждается на поверхности положительного электрода, как это имело место на отрицательном электроде. Активная масса положительного электрода по мере разряда преобразуется из двуокиси свинца PbO2 через промежуточные реакции в сульфат свинца PbSO4 с изменением её цвета из темно-коричневого в светло-коричневый.



 

Таким образом, в результате разряда аккумулятора, активные материалы обоих электродов – и положительного (PbO2), и отрицательного (Pb), превращаются в сульфат свинца PbSO4. При этом расхо­дуется серная кислота на образование сульфата свинца и образуется вода из освободившихся ио­нов H+ и ОН-, что приводит к снижению плотности электролита при разряде.

 

Итак, согласно теории двойной сульфатации, итоговые реакции разрядного и за­рядного процессов в свинцовом аккумуляторе описываются следующими уравнениями:

- на положительном электроде:

 

PbO2 + 2e- + 4H+ + SO42- ® PbSO4 + 2H2O (6)

 

- на отрицательном электроде:

 

Pb - 2e- + SO42- ® PbSO4 (7)

 

- суммарная реакция:

 

PbO2 + Pb + 2H2SO4 ® 2PbSO4 + 2H2O (8)

ЗАРЯД АККУМУЛЯТОРА

 

Схема электрохимических процессов при заряде аккумулятора показана на Рис. 2.

 

В элек­тролите у обоих электродов присутствуют в небольших количествах ионы сульфата свинца Pb2+, SO42- и воды H+, OH-. Под влиянием напряжения источника постоянного тока, в цепь которого включён заряжаемый аккумулятор, во внешней цепи устанавливается направленное движение электронов к отрицательному выводу аккумулятора. Двухвалентные ионы свинца у отрицательного электрода нейтрализуются (восстанавлива­ются) поступившими двумя электронами, превращая активную массу отрицательного электрода в металлический губчатый свинец. Оставшиеся свободными, ионы SO42- и H+ образуют серную ки­слоту:

 

PbSO4 + 2e- ® Pb + SO42- (9)

 

У положительного электрода под действием зарядного тока двухвалентные ионы свинца Pb2+ отдают два электрона, окисляясь в четырёхвалентные ионы свинца Pb4+. Последние, соединя­ясь через промежуточные реакции с двумя ионами кислорода, образуют двуокись свинца PbO2, которая выделяется на электроде. Ионы SO42- и H+ так же, как и у отрицательного электрода, об­разуют серную кислоту, в результате чего при заряде растёт плотность электролита:



 

PbSO4 + 2H2O ® PbO2 + 4H+ + SO42- (10)

 

Итоговое (суммарное) уравнение процесса заряда имеет вид:

 

2PbSO4 + 2H2O ® PbO2 + Pb + 2H2SO4 (11)






Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...





© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.005 с.