Акумулятори

Акумулятором називається пристрій для накопичення електричної енергії з метою її наступного використання.

Процеси накопичення хімічної енергії під дією зовнішнього джерела струму називаються зарядом акумулятора, а процеси перетворення хімічної енергії в електричну - розрядом акумулятора. При заряді акумулятор працюєяк електролізер, при розряді - як гальванічний елемент.

Процеси заряду і розряду здійснюються багато разів, тому акумулятори являються вторинними джерелами струму багаторазової дії.

Найбільше поширення одержали кислотні (свинцеві) і лужні (залізо-нікелеві, кадмій-нікелеві, цинково-срібні та ін.) аку­мулятори.

Свинцевий акумулятор

У практиці як електроди використовуються ґратчасті свинцеві пластини, заповнені активною масою і занурені у 32-39%-ний розчин H₂SO₄ (ρ = 1,24 - 1,30 г/см³). У вихідному стані активною масою позитивних пластин є плюмбум оксид (ІV) PbO₂, а негативних - губчастий свинець.

Схематичне зображення акумулятора буде:

(-)Pb| Н₂SO₄ | PbO₂(+).

Розряд акумулятора. При розряді акумулятор буде діяти як гальванічний елемент, тому на негативній пластинці буде відбуватися процес анодного окиснення, а на позитивній - катодного відновлення відповідних активних мас:

Анод (-) – окиснення

Pb- 2ē + H₂SO₄ = PbSO₄+2H⁺. (1)

Катод (+) - відновлення

PbO₂ + 2ē + 2H⁺ + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2H₂O. (2)

Підсумовуючи рівняння (1) і (2) одержимо повне рівняння реакції, що протікає при розряді акумулятора

Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O. (3)

При розряді акумулятора зменшується густина електроліту (H₂SO₄) та його напруга. Початкова напруга змінюється відносно небагато. Проте при напрузі нижче 1,7 В (ρ=1,17 г/см³) відбувається швидке необоротне її падіння. При цьому на електродах утворюється неактивна плівка PbSO₄ особливої кристалічної структури (сульфатування), яка ізолює активну масу електрода від електроліту. Тому не рекомендується проводити розряд акумулятора до напруги нижче 1,7 В.

Заряд акумулятора. При заряді на негативній пластині відбувається відновлення, а на позитивній - окиснення PbSO₄ до вихідних речовин.

Анод (+) – окиснення

PbSO₄ + 2H₂O - 2ē = PbO₂ + 2H ⁺+ H₂SO₄. (4)

Катод (-) - відновлення

PbSO₄ + 2H ⁺+ 2ē = Pb + H₂SO₄. (5)

Підсумкове рівняння процесу заряду:

2PbSO₄ + 2H₂O = PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄.

На протязі заряду густина електроліту і напруга акумулятора зростають. У кінці заряду напруга досягає значення, достатнього для електролізу води з виділенням водню і кисню. Тому виділення бульбашок газу (“кипіння” електроліту) служить ознакою закінчення процесу заряду акумулятора.

Свинцевий акумулятормає ряд переваг: високий ККД (близько 80%), високу ЕРС (~ 2,1 В), доступність і низьку вартість.

Недоліки: невисока питома енергія (20-30 Вт∙год/кг), само­розряд акумулятора при зберіганні і незначний термін служби (2 -5 років). Свинцеві акумулятори широко використовуються на автомобільному та залізничному транспорті, підводних човнах, літаках та ін.