使用海绵铅和过氧化铅将化学能转化为电能的电池,这种电池称为铅酸电池。铅酸电池最常用于电站和变电站,因为它具有更高的电池电压和更低的成本。
铅酸蓄电池的各个部分如下图所示。容器和极板是铅酸蓄电池的主要部分。容器储存化学能,化学能在板的帮助下转化为电能。
1. 容器——铅酸蓄电池的容器由玻璃、衬铅木、硬橡胶、沥青化合物的硬橡胶、陶瓷材料或模压塑料制成,并位于顶部,以避免电解液流出。容器底部有四根肋骨,其中两根支撑正极板,另一根支撑负极板。
棱柱作为极板的支撑,同时保护它们免受短路。制造电池容器的材料应耐硫酸,不应变形或多孔,或含有损坏电池的杂质。电解质。
2.极板——铅酸电池的极板设计多样,它们都由某种形式的网格组成,由铅和活性材料组成。栅极对于传导电流和将电流均匀分布在活性材料上是必不可少的。如果电流分布不均匀,则活性物质会松动并脱落。
栅格由铅和锑合金制成。这些通常由横肋制成,横肋以直角或对角线穿过这些地方。正负极板的栅格设计相同,但负极板的栅格做得更轻,因为它们对于电流的均匀传导不是那么重要。
电池的极板有两种类型。它们是成型板或种植板以及粘贴板或橡胶板。
Plante 的极板主要用于固定电池,因为它们比粘贴极板重量更重且成本更高。但极板更耐用,并且不易因快速充电和放电而失去活性材料。plantes 板具有低容量重量比。
Faure工艺更适合制造负极板而不是正极板。负极活性物质非常坚韧,充放电变化相对较小。
3. 活性物质——电池中在充电或放电过程中积极参与化学反应(吸收或放出电能)的物质称为电池的活性物质。铅酸的活性元素是
构成负极和正极活性物质的过氧化铅和海绵铅机械强度小,可以单独使用。
4. 隔板——隔板是由经过化学处理的铅木、多孔橡胶或玻璃纤维垫制成的不导电材料薄片,放置在正极和负极之间以将它们相互绝缘。分离器的一侧垂直开槽,另一侧光滑。
5. 电池端子——电池有正极和负极两个端子。顶部直径为 17.5 毫米的正极端子略大于直径为 16 毫米的负极端子。
当硫酸溶解时,其分子分解成正氢离子(2H +)和硫酸根负离子(SO 4 -)并自由移动。如果两个电极浸入溶液中并连接到直流电源,则氢离子带正电并移向电极并连接到电源的负极端子。带负电的 SO 4 -离子向连接到供电干线正极端子(即阳极)的电极移动。
每个氢离子从阴极获取一个电子,每个硫酸根离子从阳极获取两个负离子并与水反应生成硫酸和氢酸。
由上述方程式产生的氧气与氧化铅反应并形成过氧化铅 (PbO 2 )。因此,在充电过程中,铅阴极仍为铅,但铅阳极转化为过氧化铅,呈巧克力色。
如果直流电源断开并且电压表连接在电极之间,它将显示它们之间的电位差。如果电线连接电极,则电流将通过外部电路从正极板流向负极板,即电池能够提供电能。
当电池完全放电时,阳极为过氧化铅 (PbO 2 ),阴极为金属海绵铅 (Pb)。当电极通过电阻连接时,电池放电和电子流动的方向与充电时相反。
氢离子移动到阳极并到达阳极从阳极接收一个电子并成为氢原子。氢原子与 PbO 2接触,因此它会攻击并形成硫酸铅 (PbSO 4 ),根据化学方程式,它的颜色和水呈白色。
每个硫酸根离子(SO 4 -)向阴极移动并到达那里放弃两个电子成为自由基SO 4,攻击金属铅阴极并根据化学方程式形成白色的硫酸铅。
为了充电,阳极和阴极连接到直流电源的正极和负极。硫酸分子分解成 2H +和 SO 4 -离子。带正电的氢离子向阴极移动并从那里接收两个电子并形成氢原子。根据化学方程式,氢原子与硫酸铅阴极反应形成铅和硫酸。
SO 4 -离子移动到阳极,放弃其额外的两个电子成为自由基SO 4,与硫酸铅阳极反应,根据化学方程式生成过氧化铅和硫酸铅。充电和放电由下面给出的单个可逆方程表示。
该等式应向下读取放电,向上读取充电。