بطارية الرصاص

بطارية الرصاص المستخدمة في السيارات

بطارية الرصاص أو مركم الرصاص) هي بطارية يستخدم فيها الأقطاب في هيئة ألواح من الرصاص و أكسيد الرصاص منغمسة في كهرل من حامض الكبريتيك المخفف .

وهي نوع من البطاريات الزهيدة الثمن وتعمر طويلا . ولكن بمقارنتها بالأنواع الأخرى من البطاريات فهي ثقيلة الوزن وتحتوي على كثافة طاقية منخفضة لا تتعدى 30 واط ساعة لكل كيلوجرام .

وتستعمل من بين استعمالاتها العديدة في السيارات الكهربائية . وأغلب استعمالاتها كبطارية لبدء تشغيل بادئ الاشتعال في سيارات الاحتراق الداخلي .

التفاعلات الكيميائية في بطارية الرصاص

توضيح طريقة عمل بطارية الرصاص : القطب الموجب من أكسيد الرصاص ، والقطب السالب لوح من الرصاص

تبلغ كثافة الطاقة في بطارية الرصاص 11و0 مليون جول/ كيلوجرام ، في حين أن البطاريات الحديثة مثل بطارية النيكل- هيدريد المعدنية NiMH تحوي اربعة أضعاف تلك الكثافة .

وعند تشغيل البطارية تجري التفاعلات الكيميائية التالية :

القطب السالب:

$\mathrm {Pb+SO_{4}^{2-}\longrightarrow PbSO_{4}+2\,e^{-}}$

القطب الموجب:

$\mathrm {PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4\,H_{3}O^{+}+2\,e^{-}\longrightarrow PbSO_{4}+6\,H_{2}O}$

في هاتين المعادلتين تعني :

Pb لوح الرصاص

PbO_2 أكسيد الرصاص

SO_4^-2 أيون الكبريتات

PbSO_4 كبريتات الرصاص

H₃O⁺ أيون ماء موجب الشحنة ،

e^- إلكترون

H₂O ماء

هذان التفاعلان يجريان أثناء تشغيل البطارية وسحب التيار منها ، أما أثناء عملية شحن البطارية فتجري تلك التفاعلات في الاتجاه المضاد .

وبجمع تفاعلي القطب الموجب والقطب السالب يمكن كتابة التفاعل الكلي بالمعادلة :

$\mathrm {Pb+PbO_{2}+2\,H_{2}SO_{4}\longrightarrow 2\,PbSO_{4}+2\,H_{2}O} +{\text{طاقة كهربية Energieطاقة}}$

وطبقا لسير ذلك التفاعل من اليسار إلى اليمين أثناء تشغيل البطارية يتحول كلا من الرصاص وأكسيد الرصاص بالتفاعل مع حمض الكبريتيك إلى كبريتات الرصاص وينتج عن ذلك ماء وطاقة كهربية، ويسير التفاعل من اليمين إلى اليسار أثناء شحن البطارية بوساطة مصدر كهربائي خارجي.

ويمكننا تعيين فرق جهد البطارية الناتج بوساطة جدول جهد القطب القياسي standard electrode potential :

$\mathrm {Pb+SO_{4}^{2-}\longrightarrow PbSO_{4}+2\,e^{-}} \quad |-0{,}36~\mathrm {V}$

$\mathrm {PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4\,H_{3}O^{+}+2\,e^{-}\longrightarrow PbSO_{4}+6\,H_{2}O} \quad |+1{,}68~\mathrm {V}$

نجد في الجدول الجهد الكهربي للوح الرصاص Pb يساوي (- 36و0) فولت، والجهد الكهربي للوح أكسيد الرصاص PbO_2 يساوي (+ 68و1) فولت.

ونحصل على فرق الجهد بطرح الجهدين من بعضهما ، أي :

$E_{\mathrm {Ges} }^{0}=1{,}68~\mathrm {V} -(-0{,}36~\mathrm {V} )=2{,}04~\mathrm {V}$

أي أن القوة الدافعة الكهربائية للبطارية تبلغ 04و2 فولت ، وهذا هو فرق جهد البطارية عندما يكون التيار مساو للصفر. وعند تشغيل البطارية وسحب تيار منها فإن فرق الجهد بين القطبين ينخفض عن القوة الدافعة الكهربية المحسوبة .

التفريغ الذاتي:

$\mathrm {2\,PbO_{2}+2\,H_{2}SO_{4}\longrightarrow 2\,PbSO_{4}+2\,H_{2}O+O_{2}}$

يتفاعل أكسيد الرصاص مع حمض الكبريتيك حمتى في حالة عدم سحب التيار من البطارية فهو ليس خاملا بالنسبة لحمض الكبريتيك . إلا أن الجهد الذي يمارسه الهيدروجين في المحلول الحامضي يعمل على تخفيض سرعة هذا التفاعل الغير مرغوب فيه نظرا لأنه يعمل على التفريغ البطيء للبطارية رغم عدم استعمالها.

أنظر أيضا

• بطارية السيارة
• مركم
• بطارية ليثيوم أيون