铅蓄电池的工作原理

铅蓄电池的工作原理 一(铅蓄电池的工作原理 所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。 构成铅酸蓄电池之主要部分如下: 阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质 ;阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质 ;电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O ;电池外壳 ;隔离板 ;其它(液口栓.盖子等) 二(原理与动作 铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化: (阳极) (电解液) (阴极) PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应) (阳极) (电解液) (阴极) PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应) 1. 放电中的化学变化 蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。 2. 充电中的化学变化 由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。 三(蓄电池修复 蓄电池修复是指利用物理或化学解决蓄电池劣化问题，消除附着在铅酸电池极板面的硫酸铅盐晶体，并生成保护膜，使电极板上不再附着硫酸铅盐晶体，延长蓄电池的使用寿命。由于极板的种类、制造条件、使用方法有差异，最终导致蓄电池失效的原因各异。归纳起来，铅酸蓄电池的失效有下述几种情况: 1、正极板的腐蚀变型 目前生产上使用的合金有3类:传统的铅锑合金，锑的含量在4,,7,质量分数;低锑或超低锑合金，锑的含量在2,质量分数或者低于1,质量分数，含有锡、铜、镉、硫等变型晶剂;铅钙系列，实际为铅—钙,锡,铝四元合金，钙的含量在0.06%,0.1%质量分数。上述合金铸成的正极板栅，在蓄电池充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效;或者由于二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金产生应力，使板栅长大变形，这种变形超过4,时将使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落，或在汇流排处短路。 2、正极板活性物质脱落、软化。 除板栅长大引起活性物质脱落之外，随着充放电反复进行，二氧化铅颗粒之间的结合也松弛，软化，从板栅上脱落下来。板栅的制造、装配的松紧和充放电条件等一系列因素，都对正极板活性物质的软化、脱落有影响。 3、不可逆硫酸盐化 蓄电池过放电并且长期在放电状态下贮存时，其负极将形成一种粗大的、难以接受充电的硫酸铅结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸盐化，尚可用一些方法使它恢复，严重时，则电极失效，充不进电。 4、容量过早的损失 当低锑或铅钙为板栅合金时，在蓄电池使用初期(大约20个循环)出现容量突然下降的现象，使电池失效。 5、锑在活性物质上的严重积累 正极板栅上的锑随着循环，部分地转移到负极板活性物质的表面上，由于H+在锑上还原比在铅上还原的超电势约低200mV，于是在锑积累时充电电压降低，大部分电流均用于水分解，电池不能正常充电因而失效.对充电电压只有2.30V而失效的铅酸蓄电池负极活性物质的锑含量进行过化验，发现在负极活性物质的表面层，锑的含量达0.12%,0.19%质量分数。对某些电池，例如潜艇用蓄电池，对电池析氢良有一定的限制。曾对析氢超过标准的蓄电池负极活性物质化验，平均锑的含量达到0.4%质量分数。 6、热失效 对于少维护电池，要求充电电压不超过单格2.4V。在实际使用中，例如在汽车上，调压装置可能失控，充电电压过高，从而充电电流过大，产生的热将使电池电解液温度升高，导致电池内阻下降;内阻的下降又加强了充电电流。电池的温升和电流过大互相加强，最终不可控制，使电池变形、开裂而失效。虽然热失控不是铅酸蓄电池经常发生的失效模式，但也屡见不鲜。使用时应对充电电压过高、电池发热的现象予以注意。 7、负极汇流排的腐蚀 一般情况下，负极板栅及汇流排不存在腐蚀问题，但在阀控式密封蓄电池中，当建立氧循环时，电池上部空间基本上充满了氧气，汇流排又多少为隔膜中电解液沿极耳上爬至汇流排。汇流排的合金会被氧化，进一步形成硫酸铅，如果汇流排焊条合金选择不当，汇流排有渣夹杂及缝隙，腐蚀会沿着这些缝隙加深，致使极耳与汇流排脱开，负极板失效。 8、隔膜穿孔造成短路 个别品种的隔膜，如PP(聚丙烯)隔膜，孔径较大，而且在使用过程中PP熔丝会发生位移，从而造成大孔，活性物质可在充放电过程中穿过大孔，造成微短路，使电池失效。