Принцип действия свинцово-кислотного аккумулятора

Электрохимические процессы при разряде аккумулятора. Атомы мо­лекулы воды связаны между собой во много раз прочнее, чем ионы молекул серной кислоты, поэтому в процессе приготовления кислотного электролита вода не разлагается, а серная кислота H₂SO₄₎ находящаяся в_: электролите, диссоциирует на положительные Н+ и отрицательные 804- ионы (рис. 6.14)

H₂SO₄-à2H⁺ + SO₄ ^-2

В результате электролитической диссоциации в электролите образуются ионы 2Н⁺ и SO₄ ^-2.

На положительном электроде двуокись свинца РЬО₂, растворяясь в электролите, образует с водой Н₂О химическое соединение РЬ(ОН)₄ - гидрат окиси свинца:

РЬО₂ + 2Н₂ОàРb(ОН)₄. (6.14)

Молекула Рb(ОН) ₄ в электролите распадается на четырехвалентный ион свинца и четыре одновалентных иона гидрооксидной группы:

Pb(OH)₄ à Pb ⁺⁴ + 4OH^- (6.15)

Ионы Рb переходят на поверхность электрода, сообщая ему положи­тельный заряд, а отрицательные ионы гидрооксидной группы 4ОН^- остаются в электролите.

Поэтому РЬО₂ в растворе H₂SO⁴ обладает высоким положи­тельным потенциалом и используется в качестве активной массы положительного электрода аккумулятора.

Таким образом, на границе между положитель­ным электродом и электролитом образуется двойной электрический слой, в результате чего электрод заряжается положительно, априлегающий к нему слой электролита - отрицательно.

На отрицательном электроде свинец РЬ, частично растворяясь в элек­тролите, выделяет в раствор положительные ионы РЬ⁺², врезультате чего прилегающий слой электролита заряжается положительно:

Рb àРb⁺² +2е^- (6.16)

На самом электроде остаются избыточные электроны 2е^-, которые и сообщают ему отрицательный заряд.

Если замкнуть внешнюю цепь, то под действием ЭДС аккумулятора по це­пи потечет электрический ток - начнется движение электронов с отрицательно­го на положительный электрод (рис. 6.14а).

Каждые два электрона 2е^-, поступившие с отрицательного электрода, будут восстанавливать на поверхности положительного электрода четырехва­лентный свинец РЬ до двухвалентного

Рb⁺⁴ +2e^-àРЬ⁺², (6.17)

который переходит в электролит и соединяется с SO₄^-2, образуя молекулу сульфата свинца PbSO₄:

Pb⁺²+ SO₄^-2à PbSO₄ (6.18)

Сульфат свинца PbSO₄, обладая очень малой растворимостью в электро­лите, осаждается на поверхности положительного электрода. Ионы гидроок­сидной группы 4ОН^-, взаимодействуя с 4Н⁺ (продуктами диссоциации сер­ной кислоты), образуют воду:

Следовательно, под дейст ванные молекулы к

4H⁺+ 4OH ^-à4Н₂О.. (6.19)

Следовательно, под действием разрядного тока на каждые две израсходо­ванные молекулы Н₂SO₄ и две молекулы H₂O вновь образуется четыре молекулы воды.

Значит, плотность электролита в процессе разряда ки­слотного аккумулятора будет постоянно понижаться (рис. 6.14б).

Электрохимическая реакция на положительном электроде будет иметь вид:

РbО₂. + 2е ^-+2Н⁺ + Н₂ SO₄ à PbSO₄ +2H₂O. (6.20)

По мере перетока электронов во внешнюю цепь на отрицательном.электроде двухвалентные ионы свинца РЬ ⁺²находящиеся в электролите, взаи­модействуют с ионами кислотного остатка SO₄^-2, образуя PbSO₄, который будет осаждаться на поверхности отрицательного электрода:

Pb⁺²+SO₄^-2àPbSO₄. (6.21)

Электрохимическая реакция у отрицательного электрода имеет

Pb+ SO₄ ^-2àPbSO₄+2e. (6.22)

В целом электрохимический процесс разряда кислотного аккумулято­ра описывается уравнением:

РbО₂ + 2Н₂ S0₄ +Pb à PbS0₄ + 2H₂O+PbSO₄. (6.23)

Таким образом, при разряде, активные вещества обоих электродов превращаются в сульфат свинца. Возникающая после разряда электрохимическая система имеет вид:

+	электролит	-
PbSO4	Н2О	PbSO4

Эта система не может быть химическим источником тока, поскольку оба электрода содержат одно и то же активное вещество.