Akumulator ołowiowy – jak działa?

Akumulator ołowiowy zbudowany jest z dwóch elektrod: jedna to czysty ołów, a druga jest pokryta tlenkiem ołowiu (IV). Elektrody zanurzone są w ok. 37% kwasie siarkowym (VI).

W bardzo dużym uproszczeniu wygląda on tak:

Akumulator jest ogniwem – a dokładniej składa się z wielu (w podstawowej wersji – z sześciu) ogniw połączonych szeregowo.

Na początku, nowiutki akumulator wszystkie elektrody ma zbudowane z czystego ołowiu pokrytego warstwą PbSO₄. Taki nowy akumulator wymaga naładowania – po podłączeniu do prądu zaczyna przebiegać reakcja, w której na katodzie zachodzi redukcja PbSO₄ do ołowiu, zaś na anodzie powstaje PbO₂ (olów przechodzi na IV stopień utlenienia).

Po naładowaniu akumulatora można podłączyć go do urządzenia (samochód, radio itp.) i czerpać z niego prąd, dzięki spontanicznym reakcjom. Akumulator jest ogniwem odtwarzalnym – czyli można go ponownie naładować i ponownie użyć jako źródło prądu.

Kiedy akumulator pracuje, anodą są elektrody ołowiowe, zaś rolę katody pełni elektroda pokryta tlenkiem ołowiu (IV). Ołów na anodzie utlenia się:

Pb + SO₄^2- →  PbSO₄ + 2e^–

Obecne w roztworze jony H+ (z dysocjacji kwasu siarkowego) częściowo przekształcają się w gazowy wodór. Jego pęcherzyki osiadają na elektrodach w czasie ładowania i nieco mogą zaburzać pracę ogniwa. W krótkim czasie pęcherzyki zanikają same i akumulator działa jak trzeba.

Na katodzie zachodzi redukcja – tlenek ołowiu (IV) przechodzi w siarczan ołowiu (II):

PbO₂ + 2e^– +  SO₄^2- + 4H⁺ → PbSO₄ + 2H₂O

Możemy zapisać ogólne równanie reakcji zachodzącej w ogniwie:

PbO₂ +   2H2SO₄+Pb → 2 PbSO₄ + 2H₂O

Jak widzisz – na jednej i na drugiej elektrodzie powstaje siarczan ołowiu (II), czyli odtwarza się początkowa warstwa elektrod. Podczas zachodzenia reakcji w ogniwie kwas siarkowy się zużywa  – po tym można ocenić w jakim stopniu akumulator jest rozładowany (można zmierzyć gęstość kwasu – im jest go więcej, tym gęstość będzie większa).

Kiedy napięcie wytwarzane w akumulatorze spadnie, oznacza to, że należy go naładować. trzeba go wówczas podłączyć pod źródło zasilania na kilka godzin.

Czasem może okazać się, że w akumulatorze jest za mało kwasu siarkowego – wtedy trzeba uzupełnić poziom dolewając świeżego kwasu (można zakupić np. w Castoramie).

Skoro akumulator ołowiowy jest ogniwem, to możemy zapisać jego schemat:

Pb_(S) | PbSO_{4 (S)} | H₂SO_{4 (aq)} | PbO_{2 (S)} | PbSO_{4 (S)} | Pb(s)

Akumulator ołowiowy wytwarza napięcie ok. 2V.