Вопрос №36. Обратимые источники электрической энергии. Кислотные и щелочные аккумуляторы.

По возможности или невозможности повторного использования химические источники тока делятся на гальванические элементы, которые из-за необратимости протекающих в них реакций невозможно перезарядить, и электрические аккумуляторы, которые можно перезарядить с помощью внешнего источника тока.

Аккумулятор – химический источник тока многоразового действия, используемое для накопления энергии и автономного питания различных устройств.

Кислотный аккумулятор: электроды свинцово-кислотного аккумулятора изготавливают заполнением ячеек свинцовой решетки пастой из оксида свинца. Электролит – серная кислота. При погружении электродов в серную кислоту на поверхности пластин происходит реакция

PbO+H₂SO₄=PbSO₄+H₂O,

образуется труднорастворимая соль. В этом состоянии оба электрода имеют один и тот же состав, окислительно восстановительное взаимодействие невозможно и аккумулятор разряжен. При зарядке через аккумулятор пропускают постоянный электрический ток. При этом на отрицательном электроде происходит процесс восстановления

Pb²⁺+2e^-=Pb

На положительном электроде

Pb^2+-2e^-=Pb⁴⁺ далее Pb(SO₄)₂+2H₂O=PbO₂+2H₂SO₄

Таким образом, после зарядки один электрод аккумулятора представляет собой губчатый металлический свинец, а другой – диоксид свинца. При работе аккумулятора (разрядке) процессы на электродах протекают в обратном направлении. Общее уравнение реакции, отражающее работу свинцового аккумулятора, имеет вид

PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O Щелочной аккумулятор:

Щелочные аккумуляторы бывают двух типов: кадмиево-никелевые и железо-никелевые. Активная масса: И для тех и для других на положительных пластинах используется гидрат окиси никеля. На отрицательных пластинах – смесь кадмия с железом и чистое железо соответственно. Пластины представляют собой стальные никелированные рамки с ячейками, в которые помещается активная масса. Электролитом щелочных аккумуляторов является раствор едкого калия KOH.

При разряде щелочного аккумулятора гидрат окиси никеля NiOOH на положительном электроде, взаимодействуя с ионами электролита, переходит в гидрат закиси никеля Ni(OH)2, а железо или кадмий отрицательного электрода превращается соответственно в гидрат окиси железа Fe(ОН)2 или гидрат окиси кадмия CdOН2. Между электродами возникает разность потенциалов, обеспечивающая протекание тока по внешней цепи и внутри аккумуляторов.

При заряде аккумулятора под действием электрической энергии, подводимой от внешнего источника тока, происходит окисление активной массы положительных пластин, сопровождаемое переходом гидрата закиси никеля Ni (ОН)₂ в гидрат окиси никеля NiOOH. В то же время активная масса отрицательных пластин восстанавливается с образованием железа Fe или кадмия Cd. Электрохимические реакции при разряде и заряде никель-железного аккумулятора могут быть выражены уравнением

2NiOOH + 2KOH + Fe = 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Fe(OH)₂ для никель-кадмиевого

2NiOOH + 2KOH + Cd = 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Cd(OH)₂