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鉛蓄電池の化学

1859
  • Gaston Planté
陽極に鉛、陰極に二酸化鉛を使用した鉛蓄電池。.

(画像はイメージです)

商業的に成功した最初の充電式電池。鉛(Pb)陽極、二酸化鉛(PbO₂)陰極、硫酸(H₂SO₄)電解液を使用している。放電時には、両電極が硫酸鉛(PbSO₄)に変化し、硫酸が消費される。このプロセスは外部電流を流すことで化学的に可逆的であるため、実用的で堅牢なエネルギー貯蔵システムとなっている。

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.

放電中、以下の半反応が起こります。陽極では、[latex]Pb(s) + HSO_4^-(aq) rightarrow PbSO_4(s) + H^+(aq) + 2e^-[/latex]、陰極では、[latex]PbO_2(s) + HSO_4^-(aq) + 3H^+(aq) + 2e^- rightarrow PbSO_4(s) + 2H_2O(l)[/latex]が起こります。どちらの反応でも、活物質は硫酸鉛に変換され、硫酸が消費される一方で水が生成されます。この硫酸の消費により電解液の比重(密度)が低下するため、比重計を使用して電池の充電状態を簡単かつ効果的に推定できます。

バッテリーを充電するには、外部電圧を印加して反応を逆方向に進めます。負極板上の硫酸鉛は鉛に戻り、正極板上の硫酸鉛は二酸化鉛に戻ります。水が消費され、硫酸が再生されるため、電解液の比重が増加します。エネルギー対重量比が低く、鉛による環境への危険性があるにもかかわらず、この技術は低コスト、信頼性、高サージ電流を供給できる能力により、特に自動車用途において、広く使用され続けています。

UNESCO Nomenclature: 2203
電気化学

タイプ

化学プロセス

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 電気分解の発見と一部の化学反応の可逆性
  • Daniell Cell and other non-rechargeable galvanic cells
  • 充電用の直流電流を供給できるダイナモ発電機の開発
  • 鉛板の製造技術の改良

アプリケーション

  • automotive starting, lighting, and ignition (SLI) batteries
  • データセンターや病院向けの無停電電源装置(UPS)
  • 非常用照明システム
  • 遠隔地の住宅向けオフグリッド電力システム
  • フォークリフトやゴルフカートの推進装置

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連: 鉛蓄電池、充電式電池、SLI、硫酸、二酸化鉛、陽極、陰極、ガストン・プランテ。

歴史的背景

鉛蓄電池の化学

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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