Opisz zjawiska chemiczne zachodzące podczas procesu doładowania i rozładowania akumulatora kwasowego
Wszyscy mamy kontakt z wyposażeniem elektronicznym w którym znajdują się akumulatory. W jak najszerszym zakresie chcemy mieć możliwość swobodnego poruszania się z urządzeniami elektrycznymi, bez podłączeń do stałych instalacji. Dlatego istnieje duży, stale rosnący, asortyment akumulatorów o różnorodnych własnościach.
Najczęściej spotykane na naszym rynku akumulatory to ołowiowe, niklowo - kadmowe, niklowo - metaliczno - wodorkowy (NiMH).
Ogniwa wtórne, istnieją od roku 1860, kiedy Raymond Gaston Plante wynalazł akumulator ołowiowy, kwasowy. Ten typ stanowi ok. 60% ogólnej ilości, wszystkich akumulatorów znajdujących się w sprzedaży. Najczęściej akumulatory ołowiowe są najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem, ponieważ koszt jednej Ah pobieranego prądu, szczególnie dla większych akumulatorów, jest zdecydowanie najniższy. Charakterystyczna dla tego typu akumulatorów jest duża odporność na skrajne warunki zewnętrzne., dużą ilość cykli ładowania i rozładowania. Akumulator ołowiowy jest zdecydowanie najlepszy jako źródło zasilania rozrusznika samochodowego, lub źródło mocy rezerwowej. Niestety elektrody wykonane są z ołowiu, co z jednej strony jest korzystne przy ładowaniu i rozładowaniu, ale oznacza to również duży ciężar. Wcześniej rynek był zdominowany przez akumulatory ołowiowe otwarte, dziś z kolei, najczęściej spotykanym typem, są akumulatory bezobsługowe - hermetyczne lub z zaworem regulacyjnym, szczególnie jeśli chodzi o zastosowania przemysłowe.
Istnieje kilka typów akumulatorów ołowiowych z zaworami regulacyjnymi. Są to np. specjalne typy akumulatorów ołowiowych gdzie, elektrody są nawinięte spiralnie, z cienkim separatorem między nimi i cylindryczną obudową. Typy te mają bardzo niską rezystancję wewnętrzną, które umożliwia pobór bardzo dużych prądów w krótkim czasie.
1. ŁADOWANIE
Akumulator kwasowy (ołowiowy) ładuje się stałym napięciem, czyli ze zmieniającą się wartością prądu. Elektrody ołowiowe i elektrolit, składający się z kwasu siarkowego dają napięcie ogniwa 2 V. Ogniwa te łączy się najczęściej w baterie, składające się z 3 lub 6 ogniw. Jeżeli akumulator używany jest do pracy cyklicznej, tj. ładowanie i rozładowanie odbywa się na przemian, napięcie ładowania powinno wynosić 2,40 - 2,50 V/ogniwo, co oznacza 14,4 - 15,0 V dla akumulatora 12 - woltowego. Często używa się akumulatorów ołowiowych jako źródła zasilania rezerwowej. Normalnie nie pobiera się z nich prądu, lecz są stale ładowane, by były w pełni sprawne w sytuacjach alarmowych. Jest to tzw. praca buforowa. Chodzi tu o zastosowanie w UPS-ach, albo instalacjach alarmowych. Napięcie ładowania powinno być wtedy 2,25 - 2,30 V/ogniwo., czyli 13,5 - 13,8 V dla akumulatora 12 - woltowego.
Ładowarka powinna zapewniać optymalne warunki ładowania, tj. prąd ładowania przy pracy cyklicznej nie powinien przekraczać ok. 10% pojemności akumulatora(0,1C), a przy pracy buforowej - ok. 5% (0,05C). Maksymalny prąd ładowania nie powinien nigdy przekroczyć 1/3 pojemności akumulatora ołowiowego.
2. ROZŁADOWANIE
Największą zaletą akumulatora ołowiowego jest możliwość rozładowania dużymi prądami w krótkim czasie. Normalnie akumulator ołowiowy z zaworem regulacyjnym może być krótkotrwale ( PBSO4(s) + H2O(c)
i na płytach osadza się siarczan ołowiu(II); elektrody są jeszcze identyczne.
Rys.10 Schemat ogniwa akumulatora ołowiowego Ładowanie akumulatora powoduje zróżnicowanie elektrod. Ładowanie jest elektrolizą kwasu siarkowego akumulatora. Na elektrodzie połączonej z dodatnim biegunem zewnętrznym źródła prądu biegnie proces łańcuchowy.SO4(c)2- + PbSO4(s) --> Pb(SO4)2(c) + 2eSiarczan ołowiu(IV) ulega odwracalnej hydroliziePb(SO4)2(s) + 2H2O(c) --> PbO2(s) + H2SO4(c)a równolegle rozpuszczony siarczan ołowiu(IV) częściowo dysocjuje na jony
Pb(SO4)2(c) Pb(c)4+ + 2SO4(c)2-
Na elektrodzie połączonej z ujemnym biegunem zewnętrznego źródła prądu zachodzą następujące procesy;
2H(c)+ + 2e --> 2H(ads)
2H(ads) + PbSO4(s) --> Pb(s) + H2SO4(c)
Ostatecznie w wyniku ładowania na elektrodzie ujemnej powstaje ołów a na elektrodzie dodatniej - tlenek ołowiu(IV), który jest głównym składnikiem osadzonym na ołowiu. powstaje ogniwo o schemacie
/+/Pb(s), PbO2(s) // H2SO4(c) // PbSO4(s), Pb/-/
Osadzone na elektrodach ołowianych substancje są gąbczaste. We wszystkich ogniwach stosowanych jako źródła prądu dąży się do utworzenia dużej powierzchni czynnych elektrochemicznych reagentów. Podnosi to szybkość procesów elektrodowych.
Dodatnia elektroda akumulatora ołowianego jest elektrodą redoksy, w której ołów metaliczny spełnia rolę wymiennika elektronów. Elektroda ujemna jest pierwszego rodzaju.
Podczas pracy akumulatora biegną następujące procesy elektrodowe:
- na elektrodzie ujemnej
Pb(s) --> Pb2+ + 2e
Pb2+ + SO42- --> PbSO4(s)
- na elektrodzie dodatniej
Pb2+ --> Pb4+ + 2e
Pb2+ + SO42- --> PbSO4(s)
Sumaryczny proces w ogniwie przebiega następująco;
2PbSO4(s) + 2H2O(c) PbO2(s) + Pb(s) + 2H2SO4(c)
Podczas ładowania akumulatora reakcja biegnie na prawo, podczas pracy - na lewo.
Siła elektromotoryczna akumulatora ołowianego wynosi 2,2V i w małym stopniu zależy od temperatury. Dla uzyskania większej wartości napięć zasilających pojedyńcze ogniwa łączy się szeregowo w baterię akumulatorów.
W czasie pracy akumulatora należy nie dopuścić aby siła elektromotoryczna na pojedynczym ogniwie spadła poniżej 1,8V. Wtedy na elektrodach zachodzą procesy nieodwracalne.
Między innymi tworzy się PbS (siarczek ołowiu(II)). Mówimy wtedy że akumulator uległ zasiarczeniu.
Akumulator ołowiowy wrażliwy jest na wstrząsy, co wpływa na odpadanie porowatej masy płyt, która zwiera dolne części płyt. Wynikiem tego jest samo rozładowanie się akumulatora a w konsekwencji zasiarczenie.
Wymaga ciągłej konserwacji, charakteryzuje się małą pojemnością i nadaje się do użycia tylko przy procesach krótkotrwałych, np.
Spróbuj na
http://zadane.pl. Rozwiązują 2500 zadań dziennie!
Dodana 2005-09-14 14:02:45 przez [ BIEŃ ]. ID: 3614
Szukaj innych materiałów. Mamy ich: 120 156!:
