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    干貨▏蓄電池的工作原理與充放電方法你知道嗎?

    日期: 2022-08-11
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    蓄電池的充放電方法

    ? ? ? ?電池是由浸漬在電解液中的正極板(二氧化鉛Pb02)和負極板(海綿狀純鉛Pb)組成的,電解液是硫酸(H2S04)的水溶液。當蓄電池和負載接通放電時,正極板上的Pb02 和負極板上的Pb都變成PbS04,電解液中的H2S04減少,相對密度下降。

    充電時按相反的方向變化,正負極板上的PbS04分別恢復成原來的Pb02和Pb,電解液中的硫酸增加,相對密度變大。如略去中間的化學反應過程,可用下式表示:Pb02+Pb十2H2S04=2PbS04+2H20 (1—1)

    01.電勢的建立

    ? ? ? ?當極板浸入電解液時,在負極板處,金屬鉛受到兩方面的作用,一方面它有溶解于電解液的傾向,因而有少量鉛進入溶液,生成Pb2+,在極板上留下兩個電子2e,使極板帶負電;另一方面,由于正、負電荷的吸引,Pb2+有沉附于極板表面的傾向。當兩者達到平衡時,溶解便停止,此時極板具有負電位,約為-0.1V。正極板處,少量Pb02溶入電解液,與水生成Pb(OH):,再分離成四價鉛離子和氫氧根離子。

    Pb02+2H20—->Pb(OH)4

    Pb(OH)4=Pb4++4(OH)-

    由于Pb4+沉附于極板的傾向,大于溶解的傾向,因而沉附在正極板上,使極板呈正電位。當達到平衡時,約為+2.0V。因此,當外電路未接通,反應達到相對平衡狀態時,蓄電池的靜止電動勢約為:

    E0=2.0-(-0.1)=2.1V

    02.鉛蓄電池的放電

    ? ? ? ?當蓄電池接上負載后,在電動勢的作用下,電流從正極經過負載流往負極(即電子從負極到正極),使正極電位降低,負極電位升高,破壞了原有的平衡。放電時的化學反應過程如圖所示。

     

    ? ? ? ?在正極板處,Pb4+和電子結合,變成二價鉛離子Pb2+,Pb2+與電解液中的SO42-結合生成PbS04沉附于極板上。

    Pb4++2e—-> Pb2+

    Pb2++ SO42-=PbSO4

    ? ? ? ?在負極板處,Pb2+與電解液中的SO42-結合也生成PbS04沉附在負極板上,而極板上的金屬鉛繼續溶解,生成Pb2+和電子。如果電路不中斷,上述化學反應將繼續進行,使正極板上的Pb02和負極板上的Pb都逐漸轉變為PbS04,電解液中的PbS04逐漸減少而水增多,故電解液相對密度下降。理論上,放電過程應進行到極板上的活性物質全部變為硫酸鉛為止,而實際上是不可能的,因為電解液不能滲透到活性物質的最內層。使用中,所謂放完電的蓄電池,實際上只有20%~30%的活性物質變成了硫酸鉛,因此采用薄型極板,增加多空率,提高極板活性物質的利用率可提高蓄電池的容量,也是蓄電池工業的發展方向。

    03.鉛蓄電池的充電

    ? ? ? ? 充電時,應將蓄電池接直流電源。當電源電壓高于蓄電池電動勢時,在直流電源電壓作用下,電流從蓄電池正極流人,負極流出(即驅使電子從正極經外電路流人負極)。這時正負極板發生的反應正好與放電過程相反,其化學反應過程如圖。

    ? ? ? ?在負極板處有少量的PbS04進入電解液中,離解為Pb2+和SO42-。Pb2+在電源的作用下獲得兩個電子變為金屬Pb,沉附在極板上。而SO42-則與電解液中的H+結合,生成硫酸。

    即:

    PbS04—->Pb2++SO42-

    Pb2++2e—->Pb

    SO42-+2H+—->H2S04 (1—3)

    ? ? ? ?充電終期,密度將升到最大值,且會引起水的分解,水分解的化學反應式:

    2H2S04 —->4H++ SO42-

    負極上:4H++4e—->2H2

    正極上:2SO42–4e+2H20—->2H2S04+O2

    總反應為:2H2S04+2H20—->2H2S04十2H2+O2(1—6)

    由上式可見,實際上分解的是水:2H20—->2H2+02 (1—7)

     

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