납산 배터리의 충전 원리

납축전지의 양극(PbO2)과 음극(Pb)을 전해질(묽은 황산)에 담그면 양극 사이에 2V의 전기가 발생합니다. 이는 납산 배터리의 원리를 기반으로 합니다. 충전 및 방전을 통해 양극, 음극 및 전해질은 다음과 같은 변화를 겪습니다. (양극) (전해질) PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+ PbSO4(방전 반응)(이산화납)(황산)(납과 같은 스폰지). PbO2에서 Pb의 원자가는 감소하고 감소하며 음전하가 흐릅니다. 납과 같은 스폰지에서 Pb의 원자가가 증가하고 양전하가 흐릅니다. (양극) (전해질) (음극) PbSO4+2H2O+PbSO4=PbO2+2H2SO4+Pb (충전 반응) (대전 조건에서 진행되어야 함) (황산납 ) (물) (황산납) 첫 번째 황산납은 납의 원자가가 증가하여 산화되어 양극으로 양전하를 띠게 됩니다. 두 번째 황산납의 납 원자가가 감소하고 환원되어 음전하가 음극으로 유입됩니다.
1. 방전 중 화학적 변화: 방전을 위해 배터리를 외부 회로에 연결하면 묽은 황산이 양극 및 음극판의 활성 물질과 반응하여 새로운 화합물인 황산납을 생성합니다. 방전을 통해 전해액에서 황산 성분이 빠져나가는데, 방전 시간이 길어질수록 황산 농도가 묽어집니다. 소모되는 성분은 방전량에 비례합니다. 전해질 중의 황산 농도, 즉 비중을 측정하면 방전량이나 잔류량을 알 수 있다.
2. 충전 시 화학적 변화 : 방전 시 양극판과 음극판에 생성된 황산납이 충전 시 분해되어 황산, 납, 이산화납으로 환원되면서 배터리 내 전해액의 농도가 점차 높아지는 것, 즉 전해질의 비중이 증가하여 점차 방전 전의 농도로 돌아갑니다. 이러한 변화는 배터리 속 활성물질이 다시 전원을 공급받을 수 있는 상태로 전환되었음을 보여준다. 양극의 황산납이 원래의 활성물질로 전환되면 충전이 종료된 것과 같으며, 양극판은 수소를 생성하고, 양극판은 산소를 생성합니다. 충전 마지막 단계에서는 전류가 거의 물 전기분해에 사용되므로 전해질이 감소하게 됩니다. 이때 이를 보충하기 위해서는 순수한 물을 사용해야 한다.