Электрические аккумуляторы – это гальванические элементы, которые на основе обратимых электрохимических реакций могут многократно накапливать электрическую энергию и отдавать ее для потребления.
В отличие от первичных гальванических элементов аккумуляторы являются вторичными химическими источниками тока.
Электроды аккумулятора, погруженные в раствор электролита, поляризуются путем зарядки, то есть путем подведения извне электрической энергии, в результате чего они приобретают различные потенциалы. Под поляризацией электродов понимаем изменение разности потенциалов между электродами под действием внешнего тока.
При потреблении электроэнергии от аккумулятора поляризация электродов снижается. Этот процесс называется разрядка аккумулятора.
Зарядка и разрядка это электрохимические процессы, протекающие в противоположном направлении.
При зарядке аккумулятора электрическая энергия превращается в химическую, а при его разрядке химическая энергия переходит в электрическую.
Таким образом, аккумуляторы дают возможность накапливать электрическую энергию в форме химической энергии (отсюда и происхождение термина “аккумулятор” – накопитель).
Наиболее широкое применение находят свинцовые, кадмий-никелевые, железо-никелевые, литиевые аккумуляторы.
Свинцовый аккумулятор состоит из свинцового электрода – катода и свинцового электрода – анода, покрытого слоем оксида свинца(IV) PbO2; электроды погружены в серную кислоту. В свинцовом аккумулятор реализуется гальванический цепь:
Pb | H2SO4 | PbO2
Химические реакции, протекающие в свинцовом аккумуляторе, сложны.
Электродные полуреакции основанные на переходах между различными степенями окисления свинца:
Катод
PbSO4 + 2e– ⇄ Pb0 + SO42-
Анод
Pb2+ + 2H2O – 2е– ⇄ PbO2 + 4H+
Суммарная реакция
2PbSO4 + 2H2O ⇄ Pb + PbO2 + 2H2O + 2H2SO4
Кадмий-никелевый аккумулятор состоит из кадмиевого электрода – катода и электрода с NiO(OH) – анода, электроды погружены в раствор гидроксида калия.
В кадмий-никелевом аккумуляторе реализуется гальванический цепь:
Cd | KOH | NiO(OH)
Суммарная электрохимическая реакция:
2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 ⇄ 2NiO(OH) + Cd + 2H2O
В железо-никелевом аккумуляторе вместо электрода из кадмия используется железный электрод, а все электрохимические процессы идентичны процессам в кадмий-никелевом аккумуляторе.