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铅酸电池化学

1859
  • Gaston Planté
Lead-acid battery with lead anode and lead dioxide cathode in a historical lab setting.

(图片仅供参考)

首款商业化成功的可充电电池。它采用铅 (Pb) 阳极、二氧化铅 (PbO₂) 阴极和硫酸 (H₂SO₄) 电解质。放电过程中,两个电极均转化为硫酸铅 (PbSO₄),并消耗硫酸。该过程可通过施加外部电流实现化学可逆,使其成为一种实用且可靠的储能系统。

这 lead-acid 电池的工作原理基于可逆的双硫酸盐反应。在完全充电状态下,负极是纯净的海绵状铅(Pb),正极是二氧化铅(PbO₂)。两者均浸没在浓度约为37%的硫酸(H₂SO₄)水溶液中。

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.

给电池充电时,施加外部电压,迫使反应逆向进行。负极板上的硫酸铅还原成铅,正极板上的硫酸铅还原成二氧化铅。水被消耗,硫酸再生,电解液的比重增加。尽管该技术能量重量比低,且铅对环境有害,但其低成本、高可靠性和提供高浪涌电流的能力确保了其持续广泛应用,尤其是在汽车领域。

UNESCO Nomenclature: 2203
– Electrochemistry

类型

化学过程

中断

Revolutionary

用法

广泛使用

前体

  • Discovery of 电解 and the reversibility of some chemical reactions
  • 丹尼尔·塞尔 以及其他不可充电的原电池
  • 开发能够提供直流电充电的发电机
  • 改进的铅板制造技术

应用程序

  • 汽车启动、照明和点火 (SLI) 电池
  • 数据中心和医院的不间断电源(UPS)
  • 应急照​​明系统
  • 偏远地区家庭离网电力系统
  • 叉车和高尔夫球车的推进装置

专利:

NA

潜在创新理念

  • 混合铅碳超级电容器电池,用于提高微混合动力汽车的循环寿命和充电接受能力
  • 闭环 recycling processes that recover lead with near 100% efficiency using green solvents
  • lead-acid batteries with gelled electrolyte containing nano-additives for enhanced performance in extreme temperatures
  • 适用于高功率应用的内阻降低的双极铅酸电池
  • 专门针对铅酸电池的智能电池管理系统,可防止硫酸盐化并延长电池寿命
  • 用于低成本、大规模电网存储的铅酸液流电池
  • 轻质泡沫基铅电极可提高能量密度
  • 电解液中的自修复添加剂可修复极板上的微损伤
相关词:铅酸电池、可充电电池、SLI、硫酸、二氧化铅、阳极、阴极、加斯顿·普朗特。

历史背景

铅酸电池化学

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1865
1868

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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