Обратимые источники электрической энергии. 2)Кислотные и щелочные аккумуляторы

К) В зависимости от состава электролита аккумуляторы могут быть кислотными и щелочными. Простейший кислотный аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), погруженных в электролит, которым служит вода с небольшим добавлением серной кислоты. Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода — на отрицательном.

Химическая реакция (слева-направо — разряд):

Анод: PbO2+SO4+4H3O+2e=PbSO4+H2O

Катод:Pb+SO4=PbSO4+2e

Щ) Щелочной аккумулятор, электрический аккумулятор, в котором активной массой отрицательного электрода служит пластина из пористого железа или кадмия, положительного электрода - никелевый каркас, заполненный окисью никеля (III), электролитом - 20-процентный раствор едкого кали. Преобразование электрической энергии в химическую (зарядка) и обратно (разрядка) происходит в результате такой реакции, как, например:

.

Эдс Щелочной аккумулятор равна 1,3 в. Удельная мощность Щелочной аккумулятор меньше, чем у свинцового аккумулятора, однако он хорошо переносит перегрузки, нечувствителен к избыточному заряду, а также к сильному разряду. Щелочной аккумулятор отдаётся предпочтение при неблагоприятных режимах работы (например, в электрокарах, при запуске больших дизельных двигателей и т.д.).

Топливные элементы.

Разновидностью гальванического элемента является топливный элемент, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции сгорания газообразного и жидкого топлива превращается непосредственно в электрическую. Особенность топливных элементов состоит в том, что топливо и окислитель подводятся по мере их расходования. Это обеспечивает непрерывность работы источника тока теоретически в течение сколь угодно длительного времени. Одновременно и также непрерывно выводятся продукты окисления.

В качестве окислителя в топливных элементах почти всегда используется или чистый кислород или кислород воздуха. В качестве топлива применяются водород, гидразин, метанол, водяной и генераторный газы. Наибольшие успехи достигнуты в разработке водородно-кислородного топливного элемента.

Рассмотрим работу такого топливного элемента, который представляет собой два электрода специальной конструкции, погруженные в раствор щелочи (КОН). К поверхности одного из них непрерывно подводится водород (топливо), а к другому окислитель (кислород).

При замыкании внешней цепи на аноде протекает реакция окисления водорода:

2Н₂ + 4ОН^- = 4Н₂О + 4е

На катоде восстанавливается кислород:

О₂ + 2Н₂О + 4е^- = 4ОН^-

По внешней цепи электроны перемещаются от анода к катоду, а в растворе цепь замыкается движением ионов ОН^- от катода к аноду. Суммарное уравнение реакции сводится к получению воды.

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

Для эффективной работы топливного элемента используются катализаторы, которые наносят на электроды.