Baterías de plomo: reacciones químicas

Principio de funcionamiento

Las baterías de plomo-ácido se utilizan en los automóviles y proporcionan la potencia necesaria para arrancar el motor. Estas son baterías que tienen 2 electrodos de plomo, uno de los cuales está recubierto con óxido de plomo PbO2. Se componen de varios compartimentos para obtener la potencia necesaria. Los electrodos están bañados en ácido concentrado. La presencia de plomo y ácido sulfúrico hace que el dispositivo sea muy pesado.
Los pares redox puestos en juego en la pila son: Pb2+/Pb y PbO2/Pb2+
En el ánodo (polo -)
Pb2+ + 2e- ↔ Pb con E° = -0.126 V
En el cátodo (polo +)
PbO2 + 4H+ + 2 e-↔ Pb2+ 2H2O con E° = 1.455 V

La reacción natural entre estas dos parejas es:
PbO2 + 4H+ + Pb → 2 Pb2+ + 2H2O
La fuerza electromotriz teórica de la batería es E = 1.455-(1-0.126) = 1.581 V
Los iones H+ son suministrados por el ácido sulfúrico H2SO4 y provocan una precipitación de los iones PbSO4 ( pKs = 7,8), lo que aumenta la tensión de la batería ( aproximadamente 2,1 V).

Recarga de la batería de plomo-ácido

Prueba de batería

Para recargar la batería, se realiza una electrólisis para regenerar los componentes (PbO2 y Pb). Para ello, se impone una diferencia de potencial (p.d.c.) en los bornes de la batería superior a la fuerza electromotriz de la batería.
La reacción es la reacción opuesta a la que se ha visto anteriormente en la que el redox del agua H2O ↔ H2 + ½ O2 se superpone con un p.d.c. de 1,23V
En teoría, sólo debe observarse la disociación del agua, pero la electrólisis del agua está fuertemente atenuada por las sobretensiones que se producen en los electrodos de plomo.

En detalle:

Al cátodo:
2H+ + 2e- → H2
Pb2+ + 2e- → Pb
En el ánodo:
H2O → ½ O2 + 2H+ + 2e-
Pb2+ + 2H2O → PbO2 + 4H+ + 2 e-

Para la electrólisis del agua el p.d.c. mínimo a aplicar es: E= E°(O2/H2O) – E°(H+/H2) = 1.23 – 0 = 1.23 V
Las sobretensiones en los electrodos de plomo tienen el efecto de ampliar el rango de estabilidad del agua.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *