Какие химические процессы происходят внутри аккумулятора при его зарядке и разрядке?
Химические процессы, происходящие внутри аккумулятора при его зарядке и разрядке, зависят от типа аккумулятора. Рассмотрим на примере наиболее распространенных типов: свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
При разрядке происходят следующие химические реакции:
— На аноде (отрицательном электроде) свинец (Pb) реагирует с серной кислотой (H₂SO₄), образуя сульфат свинца (PbSO₄) и выделяя два электрона.
\[ Pb + H_2SO_4 \rightarrow PbSO_4 + 2H^+ + 2e^- \]
— На катоде (положительном электроде) диоксид свинца (PbO₂) восстанавливается до сульфата свинца (PbSO₄), при этом потребляются два электрона, два протона (H⁺) и серная кислота.
\[ PbO_2 + 2H^+ + H_2SO_4 + 2e^- \rightarrow PbSO_4 + 2H_2O \]
При зарядке процессы происходят в обратном направлении:
— На аноде сульфат свинца (PbSO₄) окисляется до свинца (Pb), возвращаясь к исходному состоянию, и выделяется серная кислота.
— На катоде сульфат свинца (PbSO₄) восстанавливается до диоксида свинца (PbO₂), также выделяя серную кислоту и воду.
Эти процессы приводят к уменьшению концентрации серной кислоты в электролите при разрядке и её увеличению при зарядке.
Литий-ионные аккумуляторы
При разрядке происходит перемещение литиевых ионов (Li⁺) от анода к катоду через электролит, при этом на аноде литий отдает электроны (окисление), а на катоде ионы лития вступают в состав катодного материала, захватывая электроны (восстановление).
— Анод: \( LiC_6 \rightarrow 6C + Li^+ + e^- \)
— Катод: \( Li^+ + CoO_2 + e^- \rightarrow LiCoO_2 \)
При зарядке процесс идет в обратную сторону: литиевые ионы перемещаются от катода к аноду, вновь встраиваясь в структуру анодного материала.
— Анод: \( 6C + Li^+ + e^- \rightarrow LiC_6 \)
— Катод: \( LiCoO_2 \rightarrow Li^+ + CoO_2 + e^- \)
Важно отметить, что эффективность, срок службы и безопасность аккумуляторов зависят от точного контроля этих химических процессов, а также от качества используемых материалов и технологии изготовления.
