Pagrindinis skirtumas tarp švino rūgšties ir ličio jonų akumuliatoriaus yra tas, kad švino rūgšties akumuliatorių reikia reguliariai prižiūrėti, jo tarnavimo laikas trumpesnis ir nebrangus, o ličio jonų akumuliatorius tarnauja ilgiau, yra efektyvesnis ir brangesnis.
Švino rūgšties akumuliatorius ir ličio jonų akumuliatorius yra svarbios įkraunamų baterijų pramonės technologijos. Šių dviejų tipų cheminės ir fizinės savybės skiriasi.
Kas yra švino rūgšties baterija?
Švino rūgšties baterija yra įkraunama baterija, kurią 1859 m. išrado prancūzų fizikas Gastonas Plante'as. Tai buvo pirmasis kada nors pagamintas įkraunamas akumuliatorius. Ši baterija skiriasi nuo šiuolaikinių baterijų, o šios baterijos turi palyginti mažą energijos tankį. Be to, šios baterijos gali tiekti dideles viršįtampio sroves, o tai reiškia, kad elementai turi didelį galios ir svorio santykį. Be to, švino rūgšties akumuliatoriai yra pigesni, todėl jie yra patrauklūs automobilių pramonėje. Taip yra todėl, kad jis gali tiekti didelę srovę, kurios reikia starterio varikliams.
01 pav.: švino rūgšties automobilio akumuliatorius
Kadangi šio tipo akumuliatoriai yra nebrangūs, palyginti su šiuolaikinėmis baterijomis, jie yra naudingi net tada, kai viršįtampio srovė yra nereikšminga, o kitos konstrukcijos gali užtikrinti didelį energijos tankį. Švino rūgšties baterijų pardavimas 1999 m. sudarė apie 40–50 % visos visame pasaulyje parduotų baterijų vertės.
Tipiniame švino rūgšties akumuliatoriuje yra švino sulfato (PbSO4) ir praskiestos sieros rūgšties (H2SO 4). Iškrovos būsenoje tiek teigiamos, tiek neigiamos plokštelės tampa PbSO4,, o elektrolitas linkęs prarasti didžiąją dalį ištirpusios sieros rūgšties, sudarydamas daugiausia vandenį. Neigiama plokštelės reakcija yra tokia:
Pb(s) +HSO4–(aq) → PbSO4(s) + H+ (aq) + 2e
Šiuo žingsniu išsiskiria du laidžiai elektronai, todėl šis elektrodas įkrauna neigiamą krūvį. Šių elektronų kaupimasis sukuria elektrinį lauką, kuris gali pritraukti vandenilio jonus ir atstumti sulfato jonus. Tai savo ruožtu sukelia dvigubo sluoksnio susidarymą šalia paviršiaus.
Kalbant apie teigiamą plokštelės reakciją, ją galima išreikšti taip;
PbO2(s) + HSO4–(aq) + 3H +(aq) + 2e → PbSO4(s) + 2H2O(l)
Todėl bendra reakcija, kuri vyksta švino rūgšties akumuliatoriaus viduje, yra:
Pb(s) +HSO4–(aq) + 3H+(akv.) → 2PbSO4(s) +2H2O(l))
Tačiau visiškai įkrautoje neigiamoje plokštelėje yra švino, o teigiamoje - švino dioksido. Yra elektrolitinis tirpalas, kuriame yra didesnė vandeninės sieros rūgšties koncentracija. Šis elektrolitas kaupia didžiąją dalį cheminės energijos.
Kas yra ličio jonų baterija?
Ličio jonų akumuliatorius yra įkraunama baterija su elementais, kuriuose ličio jonai iš neigiamo elektrodo į teigiamą elektrodą juda per elektrolitą išsikrovimo metu. Įkrovimo metu vyksta atvirkštinis procesas. Paprastai ličio jonų ląstelėse naudojamas interkaluotas ličio junginys, kuris veikia kaip medžiaga prie teigiamo elektrodo. Paprastai prie neigiamo elektrodo naudojamas grafitas.
02 pav.: ličio jonų baterija
Be to, ličio jonų akumuliatorius turi didelį energijos tankį. Tačiau jis neturi atminties efekto ir mažo savaiminio išsikrovimo. Akumuliatoriaus elementai gaminami pirmenybę teikiant energijai arba galios tankiui. Tačiau ličio jonų baterijos gali kelti pavojų saugai, nes juose yra degių elektrolitų, dėl kurių gali sprogti ir kilti gaisras, jei jie bus pažeisti arba netinkamai įkraunami.
Paprastai įprasto ličio jonų elemento neigiamas elektrodas yra pagamintas iš anglies. Teigiamas elektrodas yra metalo oksidas. Be to, elektrolitas yra ličio druska organiniame tirpiklyje. Priklausomai nuo srovės tekėjimo per elementą krypties, elektrodų elektrocheminiai vaidmenys pasikeičia tarp anodo ir katodo. Komerciniu mastu labiausiai paplitęs anodas yra grafitas, o teigiamas elektrodas yra viena iš trijų medžiagų: sluoksniuotas oksidas, polianionas arba špinelis.
Kuo skiriasi švino rūgšties ir ličio jonų baterija?
Švino rūgšties baterija buvo pati pirmoji kada nors pagaminta įkraunama baterija. Ličio jonų baterija yra kito tipo įkraunama baterija. Pagrindinis skirtumas tarp švino rūgšties ir ličio jonų akumuliatoriaus yra tas, kad švino rūgšties akumuliatorių reikia reguliariai prižiūrėti, jis tarnauja neilgai ir yra nebrangus, o ličio jonų akumuliatorius yra labai efektyvus, ilgesnis ir brangus.
Santrauka – švino rūgšties ir ličio jonų akumuliatorius
Paprastai ličio jonų akumuliatoriai dažnai yra pranašesni už švino rūgšties baterijas dėl savo suderinamumo ir efektyvumo. Pagrindinis skirtumas tarp švino rūgšties ir ličio jonų akumuliatoriaus yra tas, kad švino rūgšties akumuliatorių reikia reguliariai prižiūrėti, jis tarnauja neilgai ir yra nebrangus, o ličio jonų akumuliatorius yra efektyvesnis, ilgesnis ir brangesnis.
