مبدأ عمل بطاريات الرصاص الحمضية

مقدمة

تعد بطاريات الرصاص الحمضية أحد أكثر أنواع البطاريات شيوعًا المستخدمة في التطبيقات المختلفة. من الضروري فهم المبدأ الأساسي لبطاريات الرصاص الحمضية للاستفادة منها بشكل جيد في مختلف التطبيقات، مثل السيارات أو مصادر الطاقة غير المنقطعة. إن رفع مستوى الإلمام بهذه المفاهيم يمكن أن يعزز قدرة الفرد على الحفاظ عليها بشكل صحيح مع تعظيم إمكاناتها لتحقيق الأداء الأمثل عند الطلب عبر إعدادات/سياقات مختلفة. يستكشف هذا المقال التفاعلات الكيميائية في آلية التدفق الأيوني اللازمة للتحكم في عمليات الشحن والتفريغ.

التفاعل الكيميائي للأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية

يستلزم تشغيل بطاريات الرصاص الحمضية تفاعلات كيميائية في قطبيها الأساسيين – القطب الموجب، المكون من ثاني أكسيد الرصاص، والقطب السالب، الرصاص النقي. إن فهم عمل البطارية يبدأ بتصميمها وبنيتها.

عند التعرض لحمض الكبريتيك مع مركب آخر يسمى "ثاني أكسيد الرصاص" عند القطب الموجب، يؤدي هذا الإجراء إلى إنتاج "أيونات الأكسجين" بالإضافة إلى اندماج يسمى "كبريتات الرصاص". وبسرعة متساوية، يتحد الرصاص النقي مع حامض الكبريتيك لتكوين أيونات الهيدروجين وينتج كبريتات الرصاص. ونتيجة لسلسلة الأحداث الموصوفة سابقا، يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، والتي تستخدم لأغراض مختلفة في المجتمع الحديث.

تدفق الأيونات في محلول المنحل بالكهرباء

من الضروري تقديم محلول إلكتروليت لتمكين التبادل الأيوني الفعال بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. يشتمل هذا المحلول في كثير من الأحيان على ماء مخلوط بحمض الكبريتيك الذي يعمل كحامل لهذه الأيونات. يمكن لهذا المركب المهم أن يدعم وظيفة البطارية المناسبة من خلال أيونات الكبريتات (SO₄²⁻)، التي تنتقل بشكل فعال خلال كل شحنة وتفريغ.

أثناء وجوده في وضع الشحن، يسهل التيار الكهربائي حركات حركة مركبات الكبريت المشحونة الذائبة في الإلكتروليتات داخل بطارية نموذجية عبر آثار مشحونة بشكل إيجابي، والانتقال نحو المناطق أو الآثار سالبة الشحنة باستخدام العمل التحليلي. يعمل هذا النشاط التحويلي على عكس تكوين التحويل الذي أعاق التخزين السابق عن طريق تحويل الحالات الصلبة إلى السائلة من خلال دورة الشحن والتفريغ. وبالتالي، فإن الاستعادة التدريجية تمكن هذه البطاريات من أن تصبح قادرة بما يكفي لتخزين الشحنات الكهربائية بشكل آمن مع قدرات تخزين متنوعة عبر تطبيقات مختلفة.

رسم تخطيطي ووصف لعملية الشحن والتفريغ

إن الفهم الدقيق لكيفية البطاريات القابلة لإعادة الشحن، مثل تلك التي تستخدم إعادة شحن تصميم حمض الرصاص، قد يبدو معقدًا ولكن يمكن أن يكون أكثر قابلية للإدارة عند تصورها باستخدام أوصاف المخططات. في جوهر الأمر، نلاحظ أن الشحن يتطلب تشغيله من مصدر كهربائي خارجي بحيث يمكن أن يحدث تفاعل كيميائي داخلي حيث تعيد المناطق غير النشطة مثل كبريتات الرصاص ترتيب نفسها إلى مواد كيميائية نشطة مرة أخرى، مثل الرصاص النقي أو ثاني أكسيد الرصاص - مما يسمح بتخزين الطاقة المتجددة في تلك الخلايا من بطارياتنا القابلة لإعادة الشحن.

عندما تقوم بتفريغ الطاقة الكهربائية إلى دائرة خارجية، تخضع البطارية لتحول كيميائي: يتفاعل حمض الكبريتيك مع الرصاص النقي وثاني أكسيد الرصاص لتكوين كميات وفيرة من كبريتات الرصاص. تستهلك هذه العملية الطاقة المخزنة بالجهاز بشكل ثابت حتى ينخفض ​​الجهد الكهربي تمامًا، مما يتطلب إعادة الشحن الفوري لمزيد من الاستخدام بانتظام.

الخط السفلي

باختصار، تعد المعرفة حول كيفية عمل بطاريات الرصاص الحمضية أمرًا أساسيًا لزيادة إنتاجيتها وطول عمرها. العامل الرئيسي الذي يساهم في وظيفته الشاملة هو التفاعلات الكيميائية العديدة التي تحدث في كلا القطبين بالتزامن مع تدفق الأيونات عبر محلول التحليل الكهربائي أثناء دورات تفريغ الشحنة.