Теория работы свинцово-кислотного аккумулятора 🔋

В свинцово-кислотном аккумуляторе основные продукты реакции, происходящие  между  положительным  и отрицательным электродами аккумулятора в водном растворе серной кислоты, подчиняются так называемой теории двойной сульфатации в соответствии с уравнением:

 

⇐ заряд            

Pb + PbO2 + 2H2SO4  ⇐        ⇒  2PbSO4 + 2H2 O  (1)

 разряд ⇒

Этому соотношению  подчиняется  взаимодействие  активных веществ в аккумуляторе во время разряда, заряда, подзаряда, а также во время бездействия (холостого хода).

Основные соотношения между реагентами при  бездействии  (при разомкнутой  внешней  цепи  аккумулятора) определяются следующими реакциями:

– на отрицательном электроде:

 

2H⁺  +  2e- ⇒  H₂­↑           анодная полуреакция

Pb   +  SO₄^2-  ⇒ PbSO₄  +  2e-  катодная полуреакция

---

Pb   +  H₂ SO₄ ⇒  PbSO₄  +  H₂­↑  общая реакция   (2)

 

 

– на положительном электроде:

 

PbO₂  + 4H⁺  +  SO₄^2-   +  2e-  ⇒  PbSO₄  +  2H₂ O   катодная полуреакция

H₂ O  ⇒  1/2 O₂ ­↑­ +  2H⁺  + 2e-                                  анодная полуреакция

---

PbO₂  +  H₂ SO₄  + H₂O  ⇒  PbSO₄  +  2H₂ O  + 1/2 O₂­­↑          общая  реакция  (3)

 

Приведенные уравнения реакций на отрицательном и положительном электродах показывают,  что даже при разомкнутой внешней цепи аккумулятора в нем происходит образование сульфата свинца на обоих электродах, снижение плотности электролита, а также разложение воды  с выделением газообразных водорода и кислорода,  что приводит, таким образом, к снижению емкости аккумулятора, т.е. к саморазряду.  Объем  продуктов  этих  реакций зависит от концентрации серной  кислоты  (плотности  электролита),  температуры,  состава сплава решеток и активной массы электродов, возраста аккумулятора и других причин.

При подключении к аккумулятору нагрузки токообразующий процесс подчиняется уравнению (1) для фазы разряда. На отрицательном электроде (на границе раздела свинец – сульфат свинца) происходит образование электронов, поступающих во внешнюю цепь:

Pb ⇒ Pb²⁺  +  2e-

 

На положительном электроде на границе раздела окись свинца -сульфат свинца происходит поглощение электронов,  поступающих через замкнутую внешнюю цепь, и образование воды:

PbO₂  + 4H⁺  + 2e- ⇒  Pb²⁺   +  2H₂ O

 

Анионы свинца , связываясь с кислотным остатком, образуют на обоих электродах сульфат свинца, покрывающий поверхность активных масс пластин.  По  мере  разряда  концентрация  серной  кислоты в электролите убывает.

При подключении аккумулятору зарядного устройства  токообразующий процесс проходит согласно уравнению (1) для фазы заряда.

На отрицательном электроде анионы  свинца,  образованные  из   сульфата свинца  при  растворении  в  электролите,  связываются с электронами, поступающими из внешней цепи, образуя чистый (губчатый) свинец:

Pb²⁺   + 2e- ⇒   Pb

 

На положительном  электроде процесс протекает согласно реакции (4) с образованием на электроде  окиси  свинца  и  отдачи  во внешнюю цепь электронов:

 

Pb²⁺   +  2H₂ O ⇒  PbO₂  + 4H⁺  +  2e-      (4)

 

По мере  заряда увеличивается напряжение поляризации аккумулятора, и, когда оно превысит величину перенапряжения по кислороду, на положительном электроде начинает выделяться кислород:

2OH^–  ⇒  1/2 O₂↑ +  H₂ O  +  2e-

 

Когда напряжение поляризации превысит величину  перенапряжения по водороду, на  положительном  электроде начинается образование водорода:

2H⁺  +  2e- ⇒  H₂­↑

 

Таким образом,  при заряде наряду с образованием на электродах исходных продуктов (свинца и окиси свинца) происходит повышение  плотности электролита за счет восстановления серной кислоты, а на последней стадии заряда при повышенном напряжении часть подводимого электричества идет на разложение воды:

 

H₂ O  ⇒  H₂­↑  +  1/2 O₂­↑

 

Из других побочных реакций на  положительном  электроде  при заряде следует обратить внимание на образование озона и на окисление (коррозию) решетки,  что оказывает решающее влияние на сокращение срока службы аккумулятора.

 

С уважением,
коллектив Бэттери Сервис