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|Ferry|nnp例:利用醋酸铅的可溶性复活板结的硫酸铅电池(化呆板为鲜活)

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发表于 2024-5-19 20:11:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
给太长不想看的们:
利用醋酸根将板结的硫酸铅变成永不沉淀的缓释铅离子Pb2+!往老旧硫酸铅蓄电池中加入纯的醋酸溶液进行电解,也就是用小电流充电并保持开盖排出产生的乙烷,二氧化碳(和不可避免的少量氢气&极少量氧气)等气体。



昨晚老弟也说人工智能AI很牛了,但是我没发现它能推理。朋友给我展示时,我2次丢给所谓英文版高级AI都没成功(问了几个问题,给我车轱辘话一堆)。现在还是家无片瓦的状态,啥都干不了,昨晚把本帖的思路用图画出来,今天发个帖,后天去查一下脑壳。




抛砖引玉,重在分享,禁用专利枷身~|Free|, idea-sharing, not for patent-prisoning~
可行谨微,当思高远。Act as ordinary, think like Odin.


作者的初萌想法:醋酸铅【(CH3COO)2Pb或者(AcO)2Pb】在100g水里的溶解度(s)>40g,很好,虽然是共价化合物(和极化强烈的升汞HgCl2或甘汞Hg2Cl2类似),但是仍然可以微量电离(电离度没查到,AI也不知道)。溶度积(Ksp)为10^-8的硫酸铅PbSO4虽然是完全电离的,但是深度放电不再呈现絮状而板结阻挡了负极Pb铅板和正极PbO2二氧化铅板与电解液的接触,导致充电时硫酸根SO4^2-难以从固相重新进入溶液,而几乎等同于电解水H2O。
利用醋酸根CH3COO-将板结的硫酸铅变成永不沉淀的缓释醋酸铅【(CH3COO)2Pb或者(AcO)2Pb】,等效于水合铅离子Pb2+(aqueous)!
不溶物 + 水溶物 <=可逆反应生成=> 水溶物 + 水溶物 :PbSO4 + 2 CH3COOH <=> (CH3COO)2Pb + H2SO4

作者的其它考量:
0.0) 热力学可行的化学反应可能受阻于动力学例如活化能因素不发生。醋酸根【CH3COO-或者AcO-。(元素锕Ac基本上用不到)】虽然在直流电面前比较脆弱(推测电场除开氧化还原性还可以导致醋酸根发生额外的形变),但是一侧的PbO2(或KMnO4)这类强氧化剂通常情况是奈何不了它的,而另一侧的Pb由于氢的超电势/过电势,氢气难以析出。
a.1) 该法在醋酸根被电解完之前,水溶液中的Pb2+只能移动到负极变成Pb析出,不能移动到正极变成PbO2析出(醋酸铅配位数已满,无法再裹挟负电荷了)。相对于原反应稍微有点厚此薄彼。
a.2) 作者高中时想过为什么带正电的Pb2+竟然可以往排斥的正极跑,当时的认知只能自我假设是带负电的OH-跑到正极变成原子氧后再氧化了Pb2+,否则于理不符。一如高中学习化学平衡章节想到原子核内可能也是质子&中子在互相转变,如果这种转变平衡被打破,那么该原子核要衰变,当时还不知道会放出中微子。
a.3) 图示的带负电的Pb(OH)4^2-离子可以视为四水合铅离子Pb2+(aq)的羟基自行异裂/外加电场撕裂而即兴产成,不必强求(呈碱性的)它大量存在于强酸性环境。一如Pb3O4既可以视为氧化物,也可以视为盐类。
b.1) 虽然用CH3COONH4毫无疑问比CH3COOH更利于PbSO4溶解,且NH4+被吸引到负极也不分解,但是引入了可能导致电极中毒的杂质离子(作者推测强氧化剂PbO2可能中毒),且降低了电解液的酸性。
b.2) 金属活动性顺序表中不带括号的H【带括号的(H)指的是水中不可避免的H+】排在Pb之后,理论上Pb2+和H+同浓度时,例如都是1mol/L时(因运算符p=-lg,即pH=0时),在充电情况下,负极本该先生成原子氢并结合为H2析出,但是由于气体都有超电势(绝大多数气体不导电是重要原因),实际上离子浓度相同时仍然是先生成Pb析出(H2只有少量)。
c.1) 因醋酸根【CH3COO-或者AcO-】远比OH-和SO4^2-的电极电势低,将电解液由硫酸H2SO4替换为醋酸【CH3COOH或者AcOH】只能当一次性电池使用,充电就报废,除非可以找到一种针对醋酸根有起码1.23V超电势(水的理论分解电压)的专用导电材料。一如用汞Hg作电极可以从浓盐水溶液NaCl中电解出Na单质。
c.2) 普通的铅酸电池从原理上决定了只能快速放电,无法快速充电(由于生成沉淀。根据PbSO4的Ksp,完全放电后的Pb2+浓度只有10^-4 mol/L,H+浓度至少有10^-7 mol/L)。将醋酸【CH3COOH或者AcOH】的甲基的3个氢原子替换为氟原子,得到三氟乙酸。用同为强酸的三氟乙酸【CF3COOH】替换硫酸,虽然没查到它的电极电势,但是很可能它不会先于水被分解,那么因为三氟乙酸铅是可溶且估计是完全电离的,可以实现快速充电(缺少沉淀反应,放电倍率要差一点)。但含氟的物质慎用为妙。
d) 电池都是在利用氧化还原Red-ox反应(电子在外电路跑,离子在内电路跑,隔膜充当平衡电荷的盐桥)。一如钴酸锂LiCoO2电池可以视为是在利用4 Li + O2 = 2 Li2O的能量【最高能量电势差就是氟化锂LiF,相当于给电池技术判了死缓死缓死缓。(由于氟化铯CsF的溶剂化结合能稍低,导致它并非最高)】【因为正极CoO2可以自发释放O2(实际上正极Li1-xCoO2不允许全部脱Li,否则更危险。正极改成FePO4就很稳定,当然能量低了一大截)。而负极的石墨可以自发嵌入Li+,松散的结合稍微降低了一点能量】。
铅酸电池本质上等同于在利用Pb + PbO2 = 2 PbO的能量(沉淀只是提高了放电速率降低了充电速率,PbSO4的成盐结合能可以忽略)。由于PbO2的强氧化性,该能量较为可观并不低。电解液是硫酸和水,都是极其稳定的物质,比热容也大,密封后的安全性非常好。正负极自身就可以导电,无需过多辅助导电材料。
但是82号元素Pb作为最后一个稳定的核素(除开43号锝Tc和61号钷Pm特例,83号铋Bi也已经不再算作稳定核素),原子核最庞大,影响离子迁移率(电荷越高,半径越小,跑得越快。然而水溶液中H+无处不在,所以它在表观上跑得最快,相当于作弊)。其晶格堆积又很紧密,密度太高,导致电池太重。







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发表于 2024-5-19 21:38:30 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
楼主可以实验试试看啊
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发表于 2024-5-19 23:15:16 | 显示全部楼层
也许最普通的材料可以产生意想不到的效果?
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发表于 2024-5-20 03:58:14 | 显示全部楼层
实践是检验理论的唯一标准
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发表于 2024-5-20 07:07:34 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
嘶,听不懂啊
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发表于 2024-5-20 07:14:05 | 显示全部楼层
楼主有没有实践过啊!看着理论好强的感觉,估计弄学术是把好手
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发表于 2024-5-20 07:55:44 | 显示全部楼层
这个产业不小啊,如果能做成,其规模可能会很大,不过,一是成本,二是寿命,三是工艺复杂度可能都需要考虑好!!
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发表于 2024-5-20 09:22:48 | 显示全部楼层
加金属獒合剂就可以让板结的硫酸铅活化,我试过,但也用不久,属于回光返照
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发表于 2024-5-20 09:29:15 | 显示全部楼层
推荐发Nature杂志
如果化学界认可楼主
您获诺贝尔化学奖的呼声
至少让国人颅内高潮一会儿
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发表于 2024-5-20 10:03:40 | 显示全部楼层
谢谢分享,学习
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发表于 2024-5-20 10:24:28 | 显示全部楼层
虽然没看懂,还是支持一下,很有意思的思路!
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发表于 2024-5-20 10:46:23 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
醋酸和硫酸铅能反应?正负极成了一样的东西?
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发表于 2024-5-20 10:57:31 | 显示全部楼层
理论与实践能变成现实就好了不知道能不能复活老旧的电池?
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发表于 2024-5-20 12:18:32 | 显示全部楼层
醋酸铅的可溶性复活板结的硫酸铅电池
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发表于 2024-5-20 14:15:10 | 显示全部楼层
要是能成,铅酸蓄电池相关公司是不是要迎来大爆发了?
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发表于 2024-5-20 14:39:49 | 显示全部楼层
这么复杂。我觉得还是像三哥那样直接把铅熔了重铸来的简单快捷低成本。
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发表于 2024-5-20 15:30:55 | 显示全部楼层
直接说简单点嘛,是不是把醋酸倒进电瓶里,然后缓慢充电?
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发表于 2024-5-20 15:54:06 | 显示全部楼层
好复杂啊,围观了
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发表于 2024-5-20 17:57:52 | 显示全部楼层
复活板结的硫酸铅电池通常涉及一系列的化学和电化学处理过程。以下是一些常用的方法:

电解液更换:对于轻微或中度硫化的电池,首先需要将电池充电至满电状态,然后进行一次10~20小时率电流放电,以帮助软化和细化硫酸铅结晶。之后,倒出原有的电解液,并替换为密度为1.04~1.06g/cm³的新电解液,再以小电流充电20小时以上,直到电解液密度不再升高为止。
醋酸溶液添加:在电池中加入纯的醋酸溶液进行电解,即使用小电流充电并保持开盖排出产生的气体,如乙烷、二氧化碳(以及不可避免的少量氢气和极少量氧气)等。醋酸根能够帮助将板结的硫酸铅转化为缓释的铅离子Pb2+,从而有助于恢复电池的性能。
水疗法:如果硫化不严重,可以使用较稀的电解液,并向电池中加水稀释电解液,以提高硫酸铅的溶解度。然后用小于20小时率的电流在30℃~40℃的液温下长时间充电,可能得以恢复。
大电流充电:使用高电流密度充电,可以达到100mA/cm²。在这样的电流密度下,负极可以达到很负的电势值,改变了电极表面带电的符号,使表面活性物质脱附,从而有助于充电过程。
需要注意的是,这些方法并不保证对所有硫化程度的电池都有效,且操作时应谨慎,以避免对电池造成进一步损害。对于重度硫化的电池,可能需要更专业的修复方法或者考虑更换新电池。此外,电池的维护和正确使用也是预防硫化和延长电池寿命的关键。
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发表于 2024-5-20 17:58:15 | 显示全部楼层
ai 答的,指数不定
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