Класс 12 – Электрохимия || Первичные и вторичные батареи || Топливные элементы || Свинцовые аккум...

Аккумуляторная батарея, аккумуляторная батарея или вторичный элемент (или, как его еще называют, аккумулятор) — это тип электрической батареи, которую можно заряжать, разряжать через нагрузку и многократно перезаряжать, в отличие от одноразовой или первичной батареи, которая поставляется полностью заряженной и выбрасывается после использования. Она состоит из одного или нескольких электрохимических элементов. Термин «аккумулятор» используется, поскольку он накапливает и хранит энергию посредством обратимой электрохимической реакции. Аккумуляторные батареи производятся во многих различных формах и размерах, от таблеточных элементов до мегаваттных систем, подключаемых для стабилизации электрической распределительной сети. Используются различные комбинации материалов электродов и электролитов, включая свинцово-кислотные, цинково-воздушные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion) и литий-ионно-полимерные (Li-ion-полимерные). Вторичная батарея: свинцовая аккумуляторная батарея Электроды элементов свинцовой аккумуляторной батареи состоят из свинцовых решёток. Отверстия анодной решётки заполнены губчатым (пористым) свинцом. Отверстия катодной решётки заполнены диоксидом свинца {PbO2}. Электролитом служит разбавленная серная кислота {H2SO4}. При подаче тока через аккумулятор, т.е. при разряде, свинец на аноде окисляется: Pb  Pb2+ + 2 e– Поскольку ионы свинца находятся в присутствии сульфат-ионов (из серной кислоты), нерастворимый сульфат свинца осаждается на электроде. Таким образом, общая реакция на аноде выглядит следующим образом: Pb + SO₂ – PbSO₂ (электрод) + 2 e₂ – Электроны, идущие от анода, одновременно восстанавливают диоксид свинца на катоде: 2 e₂ + PbO₂ + 4 H+ Pb₂ + 2 H₂O Образующиеся ионы свинца снова реагируют с водными сульфат-ионами, образуя нерастворимый сульфат свинца на электроде, и общая реакция на катоде выглядит следующим образом: 2 e₂ + PbO₂ + 4 H+ + SO₂ – PbSO₂ (электрод) + 2 H₂O Топливные элементы Топливный элемент — это миниатюрное устройство, способное вырабатывать электричество посредством химической реакции. При наличии двух электродов топливный элемент вырабатывает электричество. В каждом топливном элементе есть два электрода, называемые анодом и катодом. Эти электроды являются основой, вокруг которой происходят соответствующие химические реакции, что позволяет вырабатывать электричество. Каждый топливный элемент состоит из электролитов, которые, по сути, переносят электрически заряженные частицы от анода к катоду и наоборот. Таким образом, электролиты действуют как катализатор, обеспечивая быстрое протекание химической реакции. В чем преимущества топливных элементов? Высокая эффективность: топливные элементы оказываются гораздо более эффективными, чем обычный двигатель внутреннего сгорания, поскольку преобразуют химическую энергию непосредственно в электрическую. По сравнению с другими источниками энергии, топливные элементы весьма эффективны. Они имеют прямой канал преобразования энергии, минуя процесс двойного преобразования. Поэтому они широко рекомендуются. Сокращение выбросов: в отличие от других элементов, которые генерируют парниковые газы в процессе преобразования энергии, топливные элементы оказываются значительным шагом вперед, поскольку единственными выбросами, которые они создают, являются тепло и вода. Следовательно, это выгодно для окружающей среды. Более стабильны: топливные элементы обеспечивают минимальное перемещение различных деталей внутри и вокруг элемента. Поэтому они более надежны и удобны, чем традиционные элементы. Бережное отношение к природным ресурсам: процесс разделения атомов и генерации энергии в топливных элементах очень чистый и эргономичный. Таким образом, они полезны для природных ресурсов.