Использование, типы и структура вторичных элементов (свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея)
Вторичные элементы характеризуются обратимыми химическими реакциями. Эти элементы можно перезаряжать, пропуская электрический ток от внешнего источника между их полюсами в направлении, противоположном процессу разряда. Вторичные элементы, такие как свинцово-кислотный аккумулятор и литий-ионный аккумулятор, хранение свинца. Ячейка используется как гальваническая ячейка и электролитическая ячейка .
Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотная батарея из вторичных гальванических элементов , она известна как автомобильная батарея (жидкая батарея), потому что этот вид батарей разработан и становится наиболее подходящим типом батарей, используемых в автомобилях. Он состоит из шести ячеек, соединенных последовательно. , Каждая ячейка производит E клеток = 2 вольт и общий потенциал электролизера батареи составляет эдс = 2 × 6 = 12 вольт, аккумулятор работает в качестве гальванического элемента во время работы (выгрузки) , а в случае перезарядки он рассматривается как электролитические клетка.
Пластины свинцово-кислотных аккумуляторов отделены друг от друга изоляционными листами, и все они помещаются в разбавленный раствор серной кислоты (H 2 SO 4 ) в качестве проводящего электролита, и все они помещаются в контейнер из твердой резины или пластика. (полистирол), на который не действуют кислоты . Анод представляет собой свинцовую сетку, заполненную губчатым свинцом (Pb).
Анодная реакция: Pb + SO 4 2− → PbSO 4 + 2 e —
Катод представляет собой свинцовую сетку, заполненную пастой из диоксида свинца (PbO 2 ).
Катодная реакция: PbO 2 + 4 H + + SO 4 2− + 2 e — → PbSO 4 + 2 H 2 O
Общая клеточная реакция: Pb + PbO 2 + 4 H + + 2 SO 4 2− → 2 PbSO 4 + 2 H 2 O
Потенциал ячейки = 2 вольта, электродвижущая сила = 2 × 6 = 12 вольт.
Разрядная реакция
На аноде: Pb + SO 4 2- → PbSO 4 + 2e — , Анод будет покрыт слоем PbSO 4 , E = 0,36 В, Стандартный окислительный потенциал этой реакции = 0,36 Вольт.
На катоде : PbO 2 + 4H + + SO 4 2− + 2e — → PbSO 4 + 2 H 2 O, Катод будет покрыт слоем PbSO 4 , E = 1,69 В, Стандартный восстановительный потенциал этого потенциала = + 1,69 Вольт, здесь элемент работает как гальванический элемент, и при разряде общая реакция батареи составляет:
Pb + PbO 2 + 4 H + + 2 SO 4 2- → 2 PbSO 4 + 2 H 2 O, ячейка E = 2,05 В
Рассчитайте электродвижущую силу для этой ячейки
Состояние аккумулятора можно определить, измерив плотность кислоты с помощью ареометра (измерение плотности жидкости). Когда аккумулятор полностью заряжен, плотность кислоты = 1,28: 1,30 г / см³, Когда плотность кислоты равна снизился до уровня ниже 1,2 г / см³, это означает, что аккумулятор необходимо перезарядить и повысить концентрацию кислоты.
Реакция зарядки
Использование батареи в течение длительного периода времени приводит к снижению концентрации серной кислоты в результате увеличения количества воды, образующейся в результате реакции, а также к превращению катодного материала (PbO 2 ) и анода (Pb) в свинец (II). сульфат, который приводит к снижению качества вырабатываемого из него электрического тока .
Автомобильный аккумулятор — это обратимый элемент. Аккумулятор необходимо перезарядить, для этого необходимо подключить полюса аккумулятора к внешнему источнику постоянного электрического тока , потенциал которого немного выше, чем потенциал, создаваемый аккумулятором, это приведет к обращению спонтанной реакции который произошел во время разряда батареи и приводит к превращению сульфата свинца (PbSO 4 ) в свинец (Pb) на аноде и диоксид свинца (PbO 2 ) на катоде, и концентрация кислоты восстанавливается как была.
2 PbSO 4 + 2 H 2 O → Pb + PbO 2 + 2 SO 4 2- + 4 H +
Свинцово-кислотный аккумулятор работает во время зарядки как электролитический элемент . Вторичные элементы считаются мощными аккумуляторами. Автомобильный динамо-машина в непрерывном режиме используется для подзарядки аккумулятора вначале первым, где произошла несамопроизвольная химическая реакция при прохождении электрического тока. ток , это означает накопление электрической энергии, поступающей из внешнего источника в виде химической энергии.
Динамо автомобили используются в подзарядки аккумулятора один раз , когда он освобождается, свинцово-кислотный аккумулятор рассматриваются как обратимый элемент , потому что , когда он подключен к внешнему источнику постоянного электрического тока потенциал которого немного выше , чем потенциал , полученному из В аккумуляторе реакции окисления превращаются в реакции восстановления и наоборот.
Общий потенциал ячеек автомобильного аккумулятора составляет 12 вольт, хотя потенциал свинцово-кислотного аккумулятора составляет 2 вольта, потому что автомобильный аккумулятор состоит из 6 ячеек по 2 вольта на каждую, которые соединены последовательно. Контейнер свинцово-кислотного аккумулятора. изготовлен из твердой резины или пластика, потому что на него не действуют кислоты, такие как серная кислота.
Свинцово-кислотный аккумулятор требует подзарядки, поскольку длительный период использования аккумулятора приводит к снижению концентрации серной кислоты . Непрерывное использование аккумулятора в течение длительного времени снижает производимый электрический ток, поскольку увеличивается количество H 2 O, что снижает концентрацию H 2. SO 4 , поэтому кислота становится слабой, Pb, PbO 2 расходуются, образуется PbSO 4 и плотность кислоты снижается (менее 1,2 г / см 3).
Ртуть клетка является щелочной, в то время как свинцово-кислотные батареи является кислой , так как электролит , используемый в ртутной ячейке является гидроксид калия, в то время как электролит , используемый в свинцово-кислотной батареи является разбавленной серной кислоты, реакционную перезарядка не является спонтанной реакции и нуждается в внешний источник электричества, поэтому элемент здесь представляет собой электролитический элемент, в котором электрическая энергия используется для производства химической реакции, он известен как вторичный элемент. В автомобиле динамо-машина непрерывно используется для подзарядки аккумулятора сначала путем первый.
Плотность серной кислоты в аккумуляторе может определить состояние автомобильного аккумулятора, поскольку плотность кислоты в полностью заряженном аккумуляторе составляет от 1,28 до 1,30 г / см³. Если плотность кислоты снизилась до менее 1,2 г / см³, это означает, что аккумулятор необходимо перезарядить и увеличить концентрацию кислоты.
Литий-ионный аккумулятор
Литиевая батарея — это вторичный элемент, это сухая и перезаряжаемая батарея, используемая в мобильных телефонах, ноутбуках, современных автомобилях вместо свинцово-кислотных аккумуляторов, она легче и хранит большое количество энергии, в то время как она небольшая по размеру, используется литиевая в структуре литий-ионного аккумулятора, потому что он имеет самый низкий потенциал восстановления (-3,04 вольт) и является самым легким металлом (структурой).
Это самый легкий металл (легче, чем Pb), его ионы имеют небольшой размер, он обладает большой емкостью, его можно перезаряжать несколько раз и использовать в течение многих лет, металлическая крышка аккумулятора содержит три тонких слоя, свернутых в В форме спирали эти слои представляют собой катод и анод, которые разделены изолятором и погружены в безводный электролитический раствор.
Анод (отрицательный полюс): углеродный слой содержит металлический литий, называемый литиевым графитом (LiC 6 ).
Анодная (окислительная) реакция: LiC 6 → C 6 + Li + + e —
Катод (положительный полюс): оксид кобальта, содержащий Li +, называемый оксидом кобальта лития (LiCOO 2 ).
Катодная (восстановительная) реакция: COO 2 + Li + + e — → LiCOO 2
Электролит представляет собой гексафторид фосфат лития LiPF 6 , это неполярный растворитель, поэтому он не снижает содержание Li +. Это нетоксичное вещество и имеет высокую термостойкость . Изолятор изготовлен из очень тонкого пористого слоя отдельного пластика. между анодом и катодом, но это позволяет ионам проходить через него, электродвижущая сила = 3 В.
Общая реакция ячейки: LiC 6 + COO 2 → C 6 + LiCOO 2 , E ячейка = 3 В
Литий используется в производстве батарей, потому что у него самый низкий потенциал восстановления из всех металлов и самый высокий металл . Литий-ионный аккумулятор предпочтительнее, чем свинцово-кислотный, потому что из него не выделяются газы, срок службы этой батареи составляет долго, его можно заряжать и использовать несколько лет.
Вторичные элементы рассматриваются как батарея, которая накапливает электрическую энергию, потому что она может быть разряжена путем преобразования химической энергии в электрическую, когда это необходимо, и ее можно перезаряжать, пропуская электрический ток от внешнего источника.