鉛蓄電池の仕組み
鉛蓄電池は、ケース、正極として機能する鉛の板（または板群）、負極として機能する別の鉛の板、そして電解液として37％硫酸（H2SO4）を含む二次（充電可能）電池です。この電池は、液体電解液を密封されていない容器に含み、水素ガスの安全な分散を保証するために、常に直立させ、換気の良い場所に置く必要があります。鉛蓄電池は、一般的にクーロン効率が85％、エネルギー効率が70％程度です。
電池のプレート上の活性物質である鉛と二酸化鉛は、電解液中の硫酸と反応して硫酸鉛を形成します。硫酸鉛は最初、微細で非晶質の状態で形成され、電池が再充電されると容易に鉛、二酸化鉛、硫酸に戻ります。
鉛蓄電池の化学
鉛蓄電池の動作原理は、充電と放電中に発生する化学プロセスによって説明できます。放電中、陽極でのプロセスはPb + SO42- → PbSO4 + 2e–で起こります。ここで鉛は電解液と酸化して硫酸鉛を生成し、2つの電子を放出します。また、陰極ではPbO2 + SO42- + 4H+ + 2e– → PbSO4 + 2H2Oの反応により、二酸化鉛が還元され硫酸鉛が形成されます。
形成された硫酸鉛は電極上および部分的にはケースの底にもコーティングとして沈着します。放電プロセス中に硫酸が消費されるため、電解液の密度を測定することでSoC（充電状態）を判定できます。
充電中は、プロセスが逆方向に進行し、放電中に形成された硫酸鉛が酸化して鉛と還元された二酸化鉛になります。硫酸鉛が完全に消費され、充電プロセスが停止しない場合、電解液の電気分解が始まります。高い充電電圧による過充電は、水の電気分解によって酸素と水素ガスを発生させ、これが泡となって抜け出てしまいます。密閉型の電池では、排気口の上に触媒（Pd、Pt）があり、ここで水素と酸素のガスが水に再結合します。結果として得られる電池電圧はガルバニ系列から決定できます。この酸化還元反応の全電圧は次のようになります：E0 = 1.68V – ( – 0.36V) = 2.04V。
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