铅酸蓄电池充电过程的电化反应

充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器)，使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。―在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子(Pb,)和硫酸根负离子(SO4-2)，由于外电源不断从正极吸取电子，则正极板附近游离的二价铅离子(Pb2)不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子(Pb4)，并与水继续反应，最终在正极极板上生成二氧化铅(PbO2)。在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子(Pb>)和硫酸根负离子(SO42)，由于负极不断从外电源获得电子，则负极板附近游离的二价铅离子(Pb2)被中和为铅(Pb)，并以绒状铅附着在负极板上。―电解液中，正极不断产生游离的氢离子(H)和硫酸根离子(SO4-5)，负极不断产生硫酸根离子(SO42)，在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。―充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。

 

铅酸蓄电池的充电过程是一个将电能转化为化学能的可逆反应过程，其核心是通过外加直流电驱动硫酸铅的分解与活性物质的再生。该过程的电化学反应可分为三个阶段：

一、电极反应机理分解

1. 正极反应（阳极氧化）

PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + 2e⁻ + 4H⁺ + SO₄²⁻

在电场作用下，正极板上的硫酸铅（PbSO₄）与水分子反应，失去电子被氧化，生成二氧化铅（PbO₂）。此过程释放的氢离子（H⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻）进入电解液。

2. 负极反应（阴极还原）

PbSO₄ + 2e⁻ → Pb + SO₄²⁻

负极板上的硫酸铅接受电子被还原，生成海绵状铅（Pb）。释放的硫酸根离子补充电解液浓度，实现活性物质的再生。

3. 总反应方程式

2PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + 2H₂SO₄ + Pb

该反应表明：充电过程消耗水分子，生成硫酸，电解液密度从1.1-1.2g/cm³逐步回升至1.23-1.3g/cm³。

二、电解液动态变化

随着充电进行，电解液呈现以下特征变化：

浓度梯度逆转：硫酸分子浓度由两极向中心扩散

离子迁移方向：H⁺向负极移动，SO₄²⁻向正极迁移

密度监测意义：密度每升高0.01g/cm³对应约6%的充电量

三、多相反应动力学特性

界面反应控制

硫酸铅晶体在电极表面的溶解速率决定整体反应速度，温度每升高10℃反应速率提升1.5-2倍。

孔隙结构再生

正极PbO₂形成多孔珊瑚状结构（比表面积达3-5m²/g），负极海绵铅重构枝晶网络，为放电储备活性位点。