Аккумуляторы. 
Общая и неорганическая химия

Устройства, в которых электрическая энергия превращается в химическую, а затем химическая энергия снова превращается в электрическую, называют аккумуляторами. В процессе накопления химической энергии аккумулятор работает в качестве электролизера (зарядка аккумулятора), а в процессе превращения химической энергии в электрическую (разрядка аккумулятора) он работает как гальванический элемент.

В настоящее время наиболее распространенными являются свинцовые аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется водный раствор H₂S0₄, поэтому они называются еще кислотными. Электроды кислотного аккумулятора обычно представляют собой свинцовые решетки. Решетки вначале заполняются оксидом свинца, который при взаимодействии с H₂S0₄, превращается в PbS0₄. Электроды разделяются друг от друга раствором H₂S0₄ и пористыми сепараторами. Аккумуляторы соединяют в батарею, которая помещается в баки из эбонита или полипропилена. При работе аккумулятора на одном электроде (аноде) протекают реакции, при которых степень окисления свинца меняется от +2 до 0 и обратно:

На другом электроде (катоде) степень окисления свинца меняется от +2 до +4 и обратно:

ЭДС кислотного аккумулятора можно было бы увеличить путем его заливки концентрированной H₂S0₄, однако при повышении концентрации H₂S0₄ уменьшается более чем на 30% ее электропроводимость и увеличивается растворимость свинца, поэтому оптимальными являются 32—39%-ные растворы H₂S0₄ (р = 1,24—1,30 г/см³).

Свинцовый аккумулятор обладает существенными достоинствами (табл. 11.4): высоким КПД (^80%), высокой ЭДС и относительно малым изменением ее при разрядке, простотой и невысокой ценой. Недостатки свинцовых аккумуляторов: небольшая удельная энергия, саморазряд аккумулятора при хранении и малый срок службы (от двух до пяти лет).

Промышленность выпускает также щелочные аккумуляторы. Наиболее распространенными из них являются никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы. Положительный электрод содержит гидроксид никеля, отрицательными электродами являются соответственно кадмий или железо. Ионным проводником служит 20—23%-ный раствор КОН. Суммарно уравнения реакций можно представить следующим образом:

Суммарная реакция в свинцовом аккумуляторе имеет вид.

К достоинствам никель-кадмиевых и никель-железных аккумуляторов относятся большой срок службы (до десяти лет) и высокая механическая прочность, к недостаткам — невысокие КПД и напряжение. Никель-железные аккумуляторы дешевле никель-кадмиевых, но имеют несколько худшие показатели на единицу массы (см. табл. 11.4).

В последние годы разработаны никель-металлогидридные аккумуляторы, в которых отрицательным электродом является гидрид металла (например, LaNi-H₆). Такие аккумуляторы имеют достаточно высокие значения удельной энергии.

Активно используются и аккумуляторы с литиевым отрицательным электродом, неводными электролитами и положительным электродом на основе оксидов металлов (V, Ni, Со, Мп), которые применяют в слаботоковой аппаратуре.

Таблица 11.4

Основные характеристики некоторых аккумуляторов.

*ЭК — этиленкарбонат, ДЭК — диэтилкарбонат.