Свинцовый аккумулятор

На окислительных свойствах четырехвалентного свинца и его переходе в более устойчивое двухвалентное состояние основано устройство и действие широко применяемых на практике свинцовых аккумуляторов.

Электрическими аккумуляторами называются приборы, позволяющие накапливать электрическую энергию с тем, чтобы потом расходовать ее в нужный момент. Это накопление энергии осуществляется путем пропускания через аккумулятор электрического тока, в силу чего в нем происходит химический процесс, сопровождающийся превращением электрической энергии в химическую; аккумулятор, как говорят, заряжается. Заряженным аккумулятором можно пользоваться как гальваническим элементом, причем та же самая реакция, которая происходила при зарядке аккумулятора, протекает в обратном направлении и накопленная в аккумуляторе химическая энергия превращается в электрическую; по мере ее расходования аккумулятор разряжается.

Свинцовый аккумулятор составляется в простейшем случае из двух решетчатых свинцовых пластин, ячейки которых заполняются тестообразной смесью окиси свинца с водой. Пластины погружаются в прямоугольную стеклянную банку, наполненную разбавленной серной кислотой уд. веса 1,15—1,20 (22—28% H₂SO₄).

Вследствие реакции

РbО + H₂SO₄ = PbSO₄ + Н₂O

окись свинца превращается через некоторое время в сернокислый свинец. Если теперь пропускать через прибор постоянный ток, соединив одну пластину с отрицательным, а другую — с положительным полюсом источника тока, то аккумулятор будет заряжаться, причем у электродов будут происходить следующие процессы:

Складывая эти уравнения, получаем общее уравнение реакции, происходящей при зарядке аккумулятора:

2PbSO₄ + 2Н₂O = Pb + РbO₂ + 4Н^• + 2SO₄»

Таким образом, по мере пропускания тока сернокислый свинец превращается на катоде в рыхлую массу металлического свинца, а на аноде — в темнобурую двуокись свинца.

Когда этот процесс закончится, — аккумулятор заряжен. Об окончании зарядки свидетельствует начало энергичного разложения воды: у катода выделяется водород, у анода— кислород (аккумулятор «кипит»).

При соединении пластин заряженного аккумулятора проводником в последнем появляется ток, причем электроны перемещаются от пластины, покрытой свинцом, к пластине, покрытой двуокисью свинца. Возникновение тока объясняется следующим образом. С пластины, покрытой свинцом, часть ионов Рb⁺⁺ переходит в раствор, вследствие чего пластина заряжается отрицательно. Освобождающиеся у свинцовой пластины электроны переходят к РbO₂ и восстанавливают четырехвалентный свинец в двухвалентный. В результате у той и другой пластины образуются ионы Рb^••, которые соединяются с находящимися в растворе ионами SO₄»в нерастворимый сернокислый свинец, и аккумулятор разряжается.

Происходящие при разряде аккумулятора процессы передает следующая схема:

Сложив написанные уравнения, нетрудно убедиться, что происходящая при разряде аккумулятора реакция обратна той, которая имела место при его зарядке. Поэтому оба процесса могут быть выражены одним уравнением:

                               зарядка

2PbSО₄ + 2Н₂О ⇄ Pb + Pb0₂ + 4Н^• + 2SО₄»

                                 разряд

При разрядке аккумулятора концентрация серной кислоты уменьшается, так как расходуются ионы Н^• и SO₄» и образуется вода. Поэтому о степени разряженности аккумулятора можно судить по удельному весу кислоты, измеряя его ареометром.

Напряжение свинцового аккумулятора равно 2 вольтам и при нормальной нагрузке остается почти неизменным во время его работы. Если напряжение начинает падать, то аккумулятор необходимо снова зарядить.

235 236 237

Вы читаете, статья на тему Свинцовый аккумулятор