Электрохимические процессы при заряде свинцово-кислотного аккумулятора

Для заряда аккумулятор подключают к источнику постоянного тока (генератору, выпрямителю) так, чтобы "плюс" аккумулятора был соединен с положительным полюсом источника, а "минус" аккумулятора - с отрицательным.

Напряжение источника поддерживается большим, чем ЭДС аккумулятора, поэтому через аккумулятор проходит постоянный ток, направленный противо­положно разрядному току. При этом электрическая энергия, отдаваемая источником, запасается в аккумуляторе в виде химической энергии. Образовавшийся на положительном и отрицательном электродах в процессе разряда сульфат свинца при заряде переходит в электролит (рис. 6.15) и распадается на ионы Рb⁺² и S0₄^-2:

PbSO₄-->Pb⁺²+SO₄^-2. (6.24)

Вода Н₂0 диссоциирует на ионы водорода Н⁺ и ионы гидрооксидной группы ОН^-:

Н₂ОàН⁺+OH^-. (6.25)

При прохождении электрического тока ионы свинца РЬ⁺² на положительном электроде окисляются до четырехвалентного свинца РЬ⁺⁴, отдавая по два электрона во внешнюю цепь:

Pb⁺² àPb⁺⁴ +2e (6.26)

Ионы Рb⁺⁴ соединяются с ионами гидрооксидной группы ОН^-, полученными при диссоциации воды, и образуют молекулу окиси свинца:

Рb⁺⁴ + 4OH ^- èPb(OH)₄ (6.27)

Pb(OH)₄àPbO₂ + 2H₂O. (6.28)

В результате взаимодействия ионов водорода H⁺ с ионами кислотного остатка SO₄^-2 образуется молекула серной кислоты:

2Н⁺ + SO₄^-2 à H₂SO₄. (6.29)

Электрохимическая реакция у положительного электрода протекает в со­ответствии с уравнением:

PbSO₄-2e+2H₂OàPbO₂ + H₂SO₄+2H⁺. (6.30)

На отрицательном электроде ионы свинца РЬ⁺² получают из внешней цепи по два электрона и восстанавливаются до губчатого свинца:

Pb⁺² +2eà Рb

а ионы водорода Н⁺, соединяясь с ионами SO₄^-2, также образуют молекулу серной кислоты:

2H⁺+ SO₄^-2àH₂ SO₄. (6.32)

Электрохимическая реакция у отрицательного электрода протекает по выражению

PbS0₄+ 2е+ 2H⁺ àPb + Н₂ SO₄. (6.33)

В целом электрохимический процесс заряда свинцово-кислотного аккумулятора описывается уравнением

PbSO₄ + 2Н₂О+ PbSO₄ àPbO₂ + 2H₂ SO₄+ Pb. (6.34).

Таким образом, при заряде сульфат свинца на положительном электроде восстанавливается в двуокись свинца, а на отрицательном - в свинец. Полу­чающаяся после заряда электрохимическая система имеет вид

+	электролит	-
Рb02	H2SO4	Pb

Она является системой заряженного аккумулятора.

Если сравнить реакции (6.23) и (6.34), то нетрудно увидеть, что электро­химическая система свинцово-кислотного аккумулятора обратима. Обрати­мость ее выражается уравнением

РbO₂ + 2Н₂ SO₄+Pb_зарядàPbSO₄ + 2H₂O + PbSO₄. (6.35)

При заряде свинцово-кислотного аккумулятора количество воды в элек­тролите уменьшается, а кислоты увеличивается. Это приводит к повышению плотности электролита. Плотность электролита повышается до тех пор, пока весь сульфат свинца не преобразуется в активное вещество. Повышение плот­ности электролита до того значения, которое было перед разрядом, является одним из основных признаков конца заряда.