납산 배터리 – 작동 원리 | 전기 – 자기

납축전지의 원리 및 작동 방식

납축전지는 재충전이 가능한 이차전지로, 하우징, 두 개의 납 판 또는 판 그룹(긍정극 및 부정극으로 사용됨), 그리고 전해질로 37% 황산(H₂SO₄)을 포함합니다. 이 배터리는 밀봉되지 않은 용기에 액체 전해질을 담고 있어, 과충전시 발생하는 수소가스를 안전하게 분산시키기 위해 수직으로 유지되어야 하며 환기가 잘 되는 곳에 두어야 합니다. 납축전지는 일반적으로 쿨롱 효율이 85%이며 에너지 효율은 약 70%입니다.

납축전지의 화학적 원리

배터리의 활성 물질인 납과 이산화납은 전해질에 있는 황산과 반응하여 황산납을 형성합니다. 황산납은 미세하게 분산된 비정질 상태로 처음 형성되며, 배터리가 재충전될 때 쉽게 납, 이산화납 및 황산으로 되돌아갑니다.

방전시, 음극에서는 Pb + SO₄^2- → PbSO₄ + 2e^–의 화학반응이 일어납니다. 납이 전해질과 산화되어 황산납을 형성하고, 두 개의 전자를 방출합니다. 양극에서는 PbO₂ + SO₄^2- + 4H⁺ + 2e^– → PbSO₄ + 2H₂O의 반응으로 이산화납의 환원이 일어납니다. 형성된 황산납은 전극에 코팅처럼 쌓이며, 일부는 하우징 바닥에도 쌓입니다. 방전 과정에서 황산이 소비되므로, 전해질의 밀도를 측정함으로써 배터리의 충전 상태(SoC)를 결정할 수 있습니다.

납축전지의 충전 과정

충전시에는 방전시 일어나는 과정이 반대 방향으로 일어나, 방전 동안 형성된 황산납이 납과 환원된 이산화납으로 산화됩니다. 황산납이 완전히 소비되고 충전 과정이 멈추지 않으면, 전해질의 전기분해가 시작됩니다. 과충전시 고충전 전압은 물의 전기분해를 통해 산소와 수소가스를 생성하며, 이 가스는 기포로 나타나며 손실됩니다. 밀봉된 배터리는 방출구 위에 Pd, Pt 등의 촉매를 갖추고 있어, 수소산소 가스가 물로 재결합할 수 있습니다. 결과적으로 나타나는 전지 전압은 갈바닉 계열에서 결정할 수 있습니다. 총 반응 전압은 E₀ = 1.68V – ( – 0.36V) = 2.04V입니다.

결론

납축전지는 재활용 가능한 에너지 저장 매체로서 그 효율과 신뢰성 덕분에 여전히 널리 사용되고 있습니다. 그러나 이러한 배터리는 적절한 관리와 주의가 필요하며, 특히 환기가 잘되는 곳에서 사용해야 합니다. 납축전지의 화학적 원리와 작동 방식을 이해하는 것은 이러한 기술을 더욱 효과적으로 사용하고 관리하는 데 중요합니다.