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理士蓄電池-鉛酸蓄電池的工作原理

 

1、鉛酸蓄電池電動勢的產生 

鉛酸蓄電池充電后,正極板二氧化鉛(PbO2),在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩定物質--氫氧化鉛(Pb(OH)4),氫氧根離子在溶液中,鉛離子(Pb4)留在正極板上,故正極板上缺少電子。 

鉛酸蓄電池充電后,負極板是鉛(Pb),與電解液中的硫酸(H2SO4)發生反應,變成鉛離子(Pb2),鉛離子轉移到電解液中,負極板上留下多余的兩個電子(2e)。 

可見,在未接通外電路時(電池開路),由于化學作用,正極板上缺少電子,負極板上多余電子,兩極板間就產生了一定的電位差,這就是電池的電動勢。


2、鉛酸蓄電池放電過程的電化反應鉛酸蓄電池放電時, 在蓄電池的電位差作用下,負極板上的電子經負載進入正極板形成電流I。同時在電池內部進行化學反應。 

負極板上每個鉛原子放出兩個電子后,生成的鉛離子(Pb2)與電解液中的硫酸根離子(SO4-2)反應,在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)。 

正極板的鉛離子(Pb4)得到來自負極的兩個電子(2e)后,變成二價鉛離子(Pb2),,與電解液中的硫酸根離子(SO4-2)反應,在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)。正極板水解出的氧離子(O-2)與電解液中的氫離子(H)反應,生成穩定物質水。 

電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負極,在電池內部形成電流,整個回路形成,蓄電池向外持續放電。 

放電時H2SO4濃度不斷下降,正負極上的硫酸鉛(PbSO4)增加,電池電阻增大(硫酸鉛不導電),電解液濃度下降,電池電動勢降低。


3、鉛酸蓄電池充電過程的電化反應 

充電時,應在外接一直流電源(充電極或整流器),使正、負極板在放電后生成的物質恢復成原來的活性物質,并把外界的電能轉變為化學能儲存起來。 

在正極板上,在外界電流的作用下,硫酸鉛被離解為二價鉛離子(Pb2)和硫酸根負離子(SO4-2),由于外電源不斷從正極吸取電子,則正極板附近游離的二價鉛離子(Pb2)不斷放出兩個電子來補充,變成四價鉛離子(Pb4),并與水繼續反應,最終在正極極板上生成二氧化鉛(PbO2)。 

在負極板上,在外界電流的作用下,硫酸鉛被離解為二價鉛離子(Pb2)和硫酸根負離子(SO4-2),由于負極不斷從外電源獲得電子,則負極板附近游離的二價鉛離子(Pb2)被中和為鉛(Pb),并以絨狀鉛附著在負極板上。 

電解液中,正極不斷產生游離的氫離子(H)和硫酸根離子(SO4-2),負極不斷產生硫酸根離子(SO4-2),在電場的作用下,氫離子向負極移動,硫酸根離子向正極移動,形成電流。 

充電后期,在外電流的作用下,溶液中還會發生水的電解反應。


鉛酸蓄電池電極反應式為

  充電:2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4(電解池) 

  陽極:PbSO4 + 2H2O- 2e - === PbO2 + 4H+ + SO42- 

       陰極:PbSO4 + 2e -=== Pb + SO42-

  放電:PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(原電池) 

  負極:Pb + SO42-- 2e - === PbSO4 

  正極:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e -=== PbSO4 + 2H2O 


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