Acumulatorul cu plumbAcumulatorul cu plumb

Acumulatorul cu plumbAcumulatorul cu plumb

Acumulatorii sunt echipamente ce transformă energia chimică în Acumulatorii sunt echipamente ce transformă energia chimică în electricitate. Acumulatorii sunt un mod eficient de a face electricitatea electricitate. Acumulatorii sunt un mod eficient de a face electricitatea portabilă. În plus, acumulatorii furnizează energie în scopul de a înlocui portabilă. În plus, acumulatorii furnizează energie în scopul de a înlocui energia electrică furnizată de reţeaua electrică. Pe masura ce întregul glob energia electrică furnizată de reţeaua electrică. Pe masura ce întregul glob devine dependent de electricitate, mobilitatea bateriilor joacă un rol şi mai devine dependent de electricitate, mobilitatea bateriilor joacă un rol şi mai important în viaţa de zi cu zi. important în viaţa de zi cu zi. Cel mai cunoscut acumulator este Cel mai cunoscut acumulator este acumulatorul cu plumb. Electrolitul este un amestec de apă şi acid sulfuric acumulatorul cu plumb. Electrolitul este un amestec de apă şi acid sulfuric cu densitatea de circa 1,290g ‾³ în acumulatorul încărcat (38% H 2 SO 4 în cu densitatea de circa 1,290g ‾³ în acumulatorul încărcat (38% H 2 SO 4 în greutate). Plăcile sub formă de grătar sunt făcute dintr-un aliaj de greutate). Plăcile sub formă de grătar sunt făcute dintr-un aliaj de plumb,porii unei plăci fiind umplute cu plumb metalic spongios,iar cele ale plumb,porii unei plăci fiind umplute cu plumb metalic spongios,iar cele ale celeilalte plăci cu bioxid de plumb,PbO 2 .Plumbul spongios este agentul celeilalte plăci cu bioxid de plumb,PbO 2 .Plumbul spongios este agentul reducător,iar bioxidul de plumb,agentul oxidant pentru reacţia care are loc în reducător,iar bioxidul de plumb,agentul oxidant pentru reacţia care are loc în pilă. Reacţiile de electrod care apar atunci când acumulatorul se descarcă pilă. Reacţiile de electrod care apar atunci când acumulatorul se descarcă sunt :sunt :

Pb + SO 4 ‾ ‾ → PbSO 4 + 2e‾ Pb + SO 4 ‾ ‾ → PbSO 4 + 2e‾

PbO 2 + SO 4 ‾ ‾ + 4H + + 2e‾ → PbSO 4 +2H 2 O PbO 2 + SO 4 ‾ ‾ + 4H + + 2e‾ → PbSO 4 +2H 2 O

Fiecare dintre aceste reacţii produce substanţa insolubilă Fiecare dintre aceste reacţii produce substanţa insolubilă PbSO 4 ,sulfat de plumb,care aderă la plăci. Pe măsură ce PbSO 4 ,sulfat de plumb,care aderă la plăci. Pe măsură ce acumulatorul se descarcă, acidul sulfuric este scos din acumulatorul se descarcă, acidul sulfuric este scos din electrolit,care scade în densitate. Starea de încărcare sau electrolit,care scade în densitate. Starea de încărcare sau descărcare a pilei se poate deci determina prin folosirea unui descărcare a pilei se poate deci determina prin folosirea unui densimetru care măsoară densitatea electrolitului. Acumulatorul densimetru care măsoară densitatea electrolitului. Acumulatorul poate fi reîncărcat prin aplicarea la borne a unui potenţial electric de poate fi reîncărcat prin aplicarea la borne a unui potenţial electric de semn contrar,ceea ce face ca reacţiile de electrod de mai sus să semn contrar,ceea ce face ca reacţiile de electrod de mai sus să aibă loc în sens contrar. Acumulatorul încărcat produce o forţă aibă loc în sens contrar. Acumulatorul încărcat produce o forţă electromotoare cu ceva mai mare ca 2V. O baterie de 6V constă în electromotoare cu ceva mai mare ca 2V. O baterie de 6V constă în trei acumulatori legaţi în serie, iar o baterie din 12V, în şase trei acumulatori legaţi în serie, iar o baterie din 12V, în şase acumulatori. Este interesant faptul că în acest acumulator acelaşi acumulatori. Este interesant faptul că în acest acumulator acelaşi element îşi schimbă starea de oxidare în cele două plăci: agentul element îşi schimbă starea de oxidare în cele două plăci: agentul oxidant este PbO 2 (conţinând plumb cu numărul de oxidare +4, oxidant este PbO 2 (conţinând plumb cu numărul de oxidare +4, care se schimbă la +2 când acumulatorul se descarcă), iar agentul care se schimbă la +2 când acumulatorul se descarcă), iar agentul reducător este Pb(plumb cu numărul de oxidare zero, care se reducător este Pb(plumb cu numărul de oxidare zero, care se schimbă la +2). schimbă la +2).

Cum funcţionează acumulatorul cu Cum funcţionează acumulatorul cu plumb?plumb?

O baterie înmagazinează energie pentru uz O baterie înmagazinează energie pentru uz ulterior. Ea produce tensiune dintr-o reacţie chimică ulterior. Ea produce tensiune dintr-o reacţie chimică produsă între două materiale diferite (placa pozitivă şi produsă între două materiale diferite (placa pozitivă şi cea negativă) care sunt introduse în electrolit. Electrozii cea negativă) care sunt introduse în electrolit. Electrozii sunt cufundaţi într-o soluţie apoasă de acid sulfuric. Prin sunt cufundaţi într-o soluţie apoasă de acid sulfuric. Prin aşa-numita operaţie de “formare” (a cărei reţea diferă de aşa-numita operaţie de “formare” (a cărei reţea diferă de la un mod de fabricaţie la altul), care constă în principal la un mod de fabricaţie la altul), care constă în principal în alimentarea cu curent a acumulatorului, electrozii se în alimentarea cu curent a acumulatorului, electrozii se transformă, plăcile pozitive ajung de culoare cafenie şi transformă, plăcile pozitive ajung de culoare cafenie şi acoperite cu PbO2, iar plăcile negative cenuşii şi acoperite cu PbO2, iar plăcile negative cenuşii şi acoperite cu plumb negricios.Într-un acumulator normal acoperite cu plumb negricios.Într-un acumulator normal acid-plumb, tensiunea aproximativă este de 2V /celula, acid-plumb, tensiunea aproximativă este de 2V /celula, deci un total de 12V. Curentul este degajat de baterie cu deci un total de 12V. Curentul este degajat de baterie cu atât mai repede cu cât există un circuit între borna atât mai repede cu cât există un circuit între borna pozitivă şi cea negativă. pozitivă şi cea negativă.

Procesul de descărcare a Procesul de descărcare a acumulatoarelor cu plumbacumulatoarelor cu plumb

Descărcarea acumulatoarelor cu plumb comportă următoarele reacţii Descărcarea acumulatoarelor cu plumb comportă următoarele reacţii chimice globale:chimice globale:

Situaţia înainte de descărcare: Situaţia înainte de descărcare: Electrod pozitiv (PbO2) H2SO4 Electrod negativ (Pb) Electrod pozitiv (PbO2) H2SO4 Electrod negativ (Pb)

Sensul curentului în element: Sensul curentului în element: Circulaţia ionilor: H2+ + SO4 - - Circulaţia ionilor: H2+ + SO4 - -

Reacţii chimice la electrozi: Reacţii chimice la electrozi: PbO2 + H2 + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O Pb + SO4 = PbSO4PbO2 + H2 + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O Pb + SO4 = PbSO4

Situaţia finală a electrozilor: PbSO4 PbSO4 Situaţia finală a electrozilor: PbSO4 PbSO4

Concluzie: Cele două plăci fiind identice, acumulatorul nu mai poate Concluzie: Cele două plăci fiind identice, acumulatorul nu mai poate debita curent. Plăcile se sulfatează, concentraţia acidului descreşte. Cei mai debita curent. Plăcile se sulfatează, concentraţia acidului descreşte. Cei mai mulţi dintre oameni nu realizează că un acumulator cu plumb funcţionează pe mulţi dintre oameni nu realizează că un acumulator cu plumb funcţionează pe baza unui proces continuu de încărcare-descărcare. Atunci când o baterie este baza unui proces continuu de încărcare-descărcare. Atunci când o baterie este conectată la o sursă ce are nevoie de curent, cum ar fi un autoturism, curentul conectată la o sursă ce are nevoie de curent, cum ar fi un autoturism, curentul iese din baterie si bateria începe să se descarce. Un acumulator cu plumb iese din baterie si bateria începe să se descarce. Un acumulator cu plumb încărcat are o t.e.m. de circa 2,2V. In funcţionare, tensiunea scade destul de încărcat are o t.e.m. de circa 2,2V. In funcţionare, tensiunea scade destul de repede la Ud = 1,95V, apoi rămâne câtva timp aproape canstantă, scăzând apoi repede la Ud = 1,95V, apoi rămâne câtva timp aproape canstantă, scăzând apoi din nou brusc. Când tensiunea a ajuns la 1,8V, descărcarea trebuie întreruptă, din nou brusc. Când tensiunea a ajuns la 1,8V, descărcarea trebuie întreruptă, deoarece sub această valoare reacţiile chimice nu mai sunt reversibile. deoarece sub această valoare reacţiile chimice nu mai sunt reversibile.

Sensul curentului în electrod Sensul curentului în electrod Circulaţia ionilor: Circulaţia ionilor:

SO4 -- -- H2+ + SO4 -- -- H2+ + Reacţii chimice la electrozi: Reacţii chimice la electrozi:

PbSO4 + SO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 PbSO4 + H2 = Pb + H2SO4PbSO4 + SO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 PbSO4 + H2 = Pb + H2SO4

Schemă încărcător acumulator

Situaţia finală a electrozilor: PbO2 Pb Situaţia finală a electrozilor: PbO2 Pb

Concluzie: Prin încărcarea acumulatorului se Concluzie: Prin încărcarea acumulatorului se restabileşte situaţia iniţială şi concentraţia acidului restabileşte situaţia iniţială şi concentraţia acidului creşte. Acumulatorul devine încărcat atunci când creşte. Acumulatorul devine încărcat atunci când primeşte iar curent, reinstalând diferenţele chimice dintre primeşte iar curent, reinstalând diferenţele chimice dintre plăci. Pe măsură ce acumulatorul se descarcă, plăcile de plăci. Pe măsură ce acumulatorul se descarcă, plăcile de plumb devin din punct de vedere chimic asemănătoare, plumb devin din punct de vedere chimic asemănătoare, acidul devine mai slab şi tensiunea scade. Acumulatorul acidul devine mai slab şi tensiunea scade. Acumulatorul se poate reîncărca total atunci când se reinstalează se poate reîncărca total atunci când se reinstalează diferenţele chimice dintre plăci, iar acumulatorul poate diferenţele chimice dintre plăci, iar acumulatorul poate furniza din nou curent. La încărcare, tensiunea furniza din nou curent. La încărcare, tensiunea acumulatorului creşte rapid până la Ui =2,2V, apoi scade acumulatorului creşte rapid până la Ui =2,2V, apoi scade lent până la 2,3V. La sfârşitul incărcării, tensiunea este lent până la 2,3V. La sfârşitul incărcării, tensiunea este de 2.6-2,7V. de 2.6-2,7V.

Caracteristici aCaracteristici ale bateriilorle bateriilor

Din punct de vedere tehnic, bateriile se caracterizează prin: Din punct de vedere tehnic, bateriile se caracterizează prin: a) tensiune, determinată de numărul elementelor in serie; a) tensiune, determinată de numărul elementelor in serie; b) capacitatea elementului (acumulatorului) (în Ah) pentru o anumită durată b) capacitatea elementului (acumulatorului) (în Ah) pentru o anumită durată de descărcare de descărcare c) curentul de lucru maxim admisibil (care nu trebuie mult depăşit nici pentru c) curentul de lucru maxim admisibil (care nu trebuie mult depăşit nici pentru un timp foarte scurt, putând duce prin efectele lui mecanice la distrugerea un timp foarte scurt, putând duce prin efectele lui mecanice la distrugerea plăcilor); plăcilor); d) randamentul energetic ?w = Wdesc/Winc, care este de ordinul 70-80%, d) randamentul energetic ?w = Wdesc/Winc, care este de ordinul 70-80%, din cauza pierderilor de energie prin reacţii chimice secundare (care din cauza pierderilor de energie prin reacţii chimice secundare (care determină şi diferenţa dintre tensiunea medie de incărcare şi tensiunea determină şi diferenţa dintre tensiunea medie de incărcare şi tensiunea medie de descărcare) şi prin efect electrocaloric în rezistenţa lui interioară; medie de descărcare) şi prin efect electrocaloric în rezistenţa lui interioară; e) randamentul în cantitate de electricitate (în sarcină) ?Q = Qdesc/Qinc de e) randamentul în cantitate de electricitate (în sarcină) ?Q = Qdesc/Qinc de ordinul a 85-90%; ordinul a 85-90%; f) tipul constructiv (adecvat condiţiilor de utilizare si durabilităţii necesare: f) tipul constructiv (adecvat condiţiilor de utilizare si durabilităţii necesare: acumulatoarele de dimensiuni mici şi durabilitate redusă pentru acumulatoarele de dimensiuni mici şi durabilitate redusă pentru autovehicule, acumulatoare de dimensiuni mari si durabilitate mare, pentru autovehicule, acumulatoare de dimensiuni mari si durabilitate mare, pentru instalaţii staţionare etc.) instalaţii staţionare etc.)

BibliografieBibliografie

http://www.referat.ro/http://www.referat.ro/c_acumulatorul_de_plumb_5696html c_acumulatorul_de_plumb_5696html

Chimie generala,Linus Pauling Editura Chimie generala,Linus Pauling Editura Stiintifica,Bucuresti 1972 Stiintifica,Bucuresti 1972

Chimie,Paraschiva Arsene,Cecilia Chimie,Paraschiva Arsene,Cecilia Marinescu Editura Didanctica si Marinescu Editura Didanctica si Pedagogica,2009 Pedagogica,2009