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Chimica delle batterie al piombo-acido

1859
  • Gaston Planté
Batteria al piombo con anodo di piombo e catodo di biossido di piombo in un laboratorio storico.

(generate image for illustration only)

La prima batteria ricaricabile di successo commerciale. Utilizza un anodo di piombo (Pb), un catodo di biossido di piombo (PbO₂) e un elettrolita di acido solforico (H₂SO₄). Durante la scarica, entrambi gli elettrodi vengono convertiti in solfato di piombo (PbSO₄) e l'acido solforico viene consumato. Questo processo è chimicamente reversibile applicando una corrente esterna, rendendolo un sistema di accumulo di energia pratico e robusto.

The lead-acid battery’s operation is based on a reversible double sulfate reaction. In a fully charged state, the negative electrode is pure, spongy lead (Pb), and the positive electrode is lead dioxide (PbO₂). Both are immersed in an electrolyte of approximately 37% sulfuric acid (H₂SO₄) in water.

During discharge, the following half-reactions occur. At the anode: [latex]Pb(s) + HSO_4^-(aq) \rightarrow PbSO_4(s) + H^+(aq) + 2e^-[/latex]. At the cathode: [latex]PbO_2(s) + HSO_4^-(aq) + 3H^+(aq) + 2e^- \rightarrow PbSO_4(s) + 2H_2O(l)[/latex]. In both reactions, the active material is converted to lead sulfate, and sulfuric acid is consumed while water is produced. This consumption of sulfuric acid causes the specific gravity (density) of the electrolyte to decrease, providing a simple and effective way to estimate the battery’s state of charge using a hydrometer.

To recharge the battery, an external voltage is applied, forcing the reactions to run in reverse. Lead sulfate on the negative plate is converted back to lead, and lead sulfate on the positive plate is converted back to lead dioxide. The water is consumed, and sulfuric acid is regenerated, increasing the electrolyte’s specific gravity. Despite its low energy-to-weight ratio and the environmental hazards of lead, the technology’s low cost, reliability, and ability to supply high surge currents have ensured its continued widespread use, especially in automotive applications.

UNESCO Nomenclature: 2203
– Electrochemistry

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Scoperta dell'elettrolisi e della reversibilità di alcune reazioni chimiche
  • Daniell Cell and other non-rechargeable galvanic cells
  • Sviluppo di generatori dinamo in grado di fornire una corrente continua per la ricarica
  • Tecniche di produzione migliorate per lastre di piombo

Applicazioni

  • batterie per avviamento, illuminazione e accensione (SLI) per autoveicoli
  • gruppi di continuità (UPS) per data center e ospedali
  • sistemi di illuminazione di emergenza
  • sistemi di alimentazione fuori rete per case remote
  • propulsione per carrelli elevatori e golf cart

Brevetti:

NA

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