Batería de ácido sólido

Definición: La batería que utiliza plomo esponjoso y peróxido de plomo para convertir la energía química en energía eléctrica, este tipo de batería se denomina batería de plomo ácido. La batería de plomo-ácido se usa más comúnmente en las centrales eléctricas y subestaciones porque tiene un voltaje de celda más alto y un costo más bajo.

Construcción de batería de plomo ácido

Las diversas partes de la batería de plomo-ácido se muestran a continuación. El contenedor y las placas son la parte principal de la batería de plomo ácido. El contenedor almacena energía química que se convierte en energía eléctrica con la ayuda de las placas.

1. Contenedor – El contenedor de la batería de plomo ácido está hecho de vidrio, madera revestida de plomo, ebonita, caucho duro de compuesto bituminoso, materiales cerámicos o plásticos moldeados y están asentados en la parte superior para evitar la descarga de electrolito. En el fondo del contenedor hay cuatro costillas, en dos de ellas descansa la placa positiva y en las otras se apoyan las placas negativas.

El prisma sirve de soporte a las placas y al mismo tiempo las protege de un cortocircuito. El material del que están hechos los contenedores de las baterías debe ser resistente al ácido sulfúrico, no debe deformarse ni ser poroso, ni contener impurezas que dañen el electrólito.

2. Plato – La placa de la celda de plomo-ácido tiene un diseño diverso y todas consisten en alguna forma de rejilla que se compone de plomo y el material activo. La rejilla es esencial para conducir la corriente eléctrica y para distribuir la corriente por igual sobre el material activo. Si la corriente no se distribuye uniformemente, el material activo se aflojará y se caerá.

Las rejillas están hechas de una aleación de plomo y antimonio. Estos generalmente se hacen con la nervadura transversal que cruza los lugares en ángulo recto o en diagonal. Las rejillas para las placas positiva y negativa tienen el mismo diseño, pero las rejillas para las placas negativas se hacen más ligeras porque no son tan esenciales para la conducción uniforme de la corriente.

Las placas de la batería son de dos tipos. Son las planchas formadas o planchas plante y las planchas empastadas o faure.

Las placas de Plante se utilizan principalmente para baterías estacionarias, ya que son más pesadas y más costosas que las placas pegadas. Pero las placas son más duraderas y menos propensas a perder material activo debido a la carga y descarga rápidas. La placa plantes tiene una relación peso-capacidad baja.

El proceso Faure es más adecuado para la fabricación de placas negativas que para placas positivas. El material activo negativo es bastante resistente y sufre un cambio comparativamente bajo entre la carga y la descarga.

3. Material Activo – El material de una celda que participa activamente en una reacción química (absorción o evolución de energía eléctrica) durante la carga o descarga se denomina material activo de la celda. Los elementos activos del ácido de plomo son

1. Peróxido de plomo (PbO2) – Forma la materia activa positiva. Los PbO2 son de color escoba chocolate negro.
2. Plomo de esponja – Su forma el material activo negativo. Es de color gris.
3. Ácido Sulfúrico Diluido (H2SO4) – Se utiliza como electrolito. Contiene un 31% de ácido sulfúrico.

El peróxido de plomo y el plomo esponjoso, que forman los materiales activos negativos y positivos, tienen poca resistencia mecánica y, por lo tanto, pueden usarse solos.

4. Separadores – Los separadores son láminas delgadas de material no conductor hechas de madera de plomo tratada químicamente, cauchos porosos o esteras de fibra de vidrio y se colocan entre el positivo y el negativo para aislarlos entre sí. Los separadores están ranurados verticalmente en un lado y son lisos en el otro lado.

5. Terminales de la batería – Una batería tiene dos terminales el positivo y el negativo. El terminal positivo con un diámetro de 17,5 mm en la parte superior es un poco más grande que el terminal negativo que tiene un diámetro de 16 mm.

Principio de funcionamiento de la batería de plomo ácido

Cuando el ácido sulfúrico se disuelve, sus moléculas se descomponen en iones de hidrógeno positivos (2H+) e iones de sulfato negativos (SO4—) y se mueven libremente. Si los dos electrodos se sumergen en soluciones y se conectan al suministro de CC, los iones de hidrógeno se cargan positivamente y se mueven hacia los electrodos y se conectan al terminal negativo del suministro. Los iones SO4— con carga negativa se movieron hacia los electrodos conectados a la terminal positiva de la fuente principal (es decir, el ánodo).

Cada ion de hidrógeno toma un electrón del cátodo, y cada ion de sulfato toma los dos iones negativos de los ánodos y reacciona con el agua y forma ácido sulfúrico e hidrógeno.

El oxígeno, que se produce a partir de la ecuación anterior, reacciona con el óxido de plomo y forma peróxido de plomo (PbO2). Por lo tanto, durante la carga, el cátodo de plomo permanece como plomo, pero el ánodo de plomo se convierte en peróxido de plomo, de color chocolate.

Si la fuente de suministro de CC está desconectada y si el voltímetro se conecta entre los electrodos, mostrará la diferencia de potencial entre ellos. Si el cable conecta los electrodos, la corriente fluirá desde la placa positiva a la placa negativa a través de un circuito externo, es decir, la celda es capaz de suministrar energía eléctrica.

Acción química durante la descarga

Cuando la celda está completamente descargada, entonces el ánodo es de peróxido de plomo (PbO2) y el cátodo es de plomo esponja metálica (Pb). Cuando los electrodos están conectados a través de una resistencia, la celda se descarga y los electrones fluyen en una dirección opuesta a la de la carga.

Los iones de hidrógeno se mueven hacia el ánodo y al llegar a los ánodos reciben un electrón del ánodo y se convierten en átomos de hidrógeno. El átomo de hidrógeno entra en contacto con un PbO2, por lo que ataca y forma sulfato de plomo (PbSO4), de color blanquecino y agua según la ecuación química.

Cada ion sulfato (SO4—) se desplaza hacia el cátodo y al llegar allí cede dos electrones, se convierte en SO4 radical, ataca el cátodo de plomo metálico y forma sulfato de plomo de color blanquecino según la ecuación química.

Acción química durante la recarga

Para recargar, el ánodo y el cátodo se conectan al terminal positivo y negativo de la red de suministro de CC. Las moléculas del ácido sulfúrico se descomponen en iones de 2H+ y SO4—. Los iones de hidrógeno cargados positivamente se mueven hacia los cátodos y reciben dos electrones de allí y forman un átomo de hidrógeno. El átomo de hidrógeno reacciona con el cátodo de sulfato de plomo formando plomo y ácido sulfúrico de acuerdo con la ecuación química.

El ion SO4 se mueve hacia el ánodo, cede sus dos electrones adicionales y se convierte en SO4 radical, reacciona con el ánodo de sulfato de plomo y forma peróxido de plomo y ácido sulfúrico de plomo de acuerdo con la ecuación química.La carga y la descarga están representadas por una sola ecuación reversible que se muestra a continuación.

La ecuación debe leer hacia abajo para la descarga y hacia arriba para la recarga.

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