铅酸蓄电池基本知识

铅酸蓄电池基本知识铅酸蓄电池基本知识 电池：通过化学反应提供直流电能的电化学装置电池：通过化学反应提供直流电能的电化学装置 电池是一种能量转化与储存的装置， 它主要通过化学反应将化学能或物理能转化为电能。 它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极， 两电极浸泡在能提供媒体传导作用的 电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。 CellCell 和和 BatteryBattery 的区别：的区别： ① Cell 是指一般的小型和单个电池，更强调单个单元; ② Battery 是指蓄电池和电池组,更强调系统或者组; ③ Battery 运用得更加广泛，是电池的通用名称 ，包括锂电池、镍氢电池、蓄电池、干电 池等等。 一次电池与二次电池的异同点：一次电池与二次电池的异同点： 一次电池只能放电一次，二次电池(也叫可充电电池)，可反复充放电循环使用，可充电 电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化， 一次电池的质量比容量和体积比容量均大 于一般充电电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低，另外， 一次电池的自放电远 小于二次电池。 电池种类电池种类 一次电池：不可充电，如锌锰、碱性、锂电池 二次电池：可充电，如铅酸、镍氢、锂离子电池 高级电池： 结构特殊， 性能卓越， 如锌空电池， 以空气做正极， 体积很小， 用于助听器。 燃料电池：FuelFuel Cell,Cell, FCFC, 将存在于燃料(氢气)和氧化剂(氧气)中的化学能转化为电能 的装置，不是蓄电池，是发电机，1839 年由英国的 Grove 发明 。 太阳能电池：物理电源，通过光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置 ， 1883 年 Charles 发明首块太阳能电池 ，前景广阔，目前成本高，限制了应用。 电池由外壳、正极、负极、端子、隔膜等组成电池由外壳、正极、负极、端子、隔膜等组成 外壳：一般是塑料或金属材质 正极：电流的流出端 负极：电流的流入端 端子：内部与活性物质相连，外接用电器 隔膜：防止 正、负极短路，并提供电子的内部传递通道 蓄电池：蓄电池： 蓄电池(Storage BatteryStorage Battery),也称二次电池,是通过充电将电能转换为化学能贮存起来，使 用时再将化学能转换为电能释放出来的化学电源装置。 铅酸蓄电池：铅酸蓄电池： 铅酸蓄电池，又称铅蓄电池，是蓄电池的一种，电极主要由铅及其氧化物制成，电解液 是硫酸溶液的一种蓄电池。荷电状态下， 正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放 电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。 一般分为开口型电池及阀控型电池两种。 前者需 要定期注酸维护，后者为免维护型蓄电池。按电池型号可分为小密、中密及大密。 主要优点 是电压稳定、价格便宜等等。 铅酸蓄电池(Lead-Acid Battery, LAB)，是指正负极活性物质分别 是铅和二氧化铅、由硫酸 水溶液做电解液的二次电池。 分富液式富液式和贫液式贫液式两大类， 贫液式就是目前广泛应用的阀控式密闭铅酸蓄电池， 事实上它不 并是完全密闭的。 主要应用于交通、通信、后备电源等领域。 具有价格低廉、可靠性高、维护简单等优点。 由于铅对人体有害、硫酸污染环境、腐蚀设备，因此应用领域受到限制。 虽然有被镍氢、锂离子电池等取代的趋势，但由于价格、 安全、可靠性等原因仍将长期占据 二次电池的大部分市场。 铅酸蓄电池工作原理铅酸蓄电池工作原理 阀控式铅酸蓄电池的基本结构阀控式铅酸蓄电池的基本结构 构成阀控铅酸蓄电池的主要部件是正负极板正负极板、电解液电解液、隔膜隔膜、电池壳和盖电池壳和盖、安全阀安全阀， 此外还一些零件如端子端子、连接条连接条、极柱极柱等。 阀控式铅酸蓄电池的设计 1 1 板栅合金的选择 参加电池反应的活性物质铅和二氧化铅二氧化铅是疏松的多孔体，需要固定在载体上。 通常，用 铅或铅基合金制成的栅栏片状物为载体， 使活性物质固定在其中， 这种物体称之为板栅。 它 的作用是支撑活性物质并传输电流。 1 1．．1 1 正板栅合金正板栅合金 阀控电池是一种新型电池， 使用过程中不用加酸加水维护， 要求正板栅合金耐腐蚀性好耐腐蚀性好， 自放电小自放电小，不同厂家采用的正板栅合金并不完全相同，主要有：铅—钙、铅—钙—锡，铅— 钙—锡—铝、铅—锑—镉等。不同合金性能不同， 铅—钙。铅—钙—锡合金具有良好的浮充 性能，但铅钙合金铅钙合金易形成致密的硫酸铅硫酸铅和硫酸钙阻挡层硫酸钙阻挡层使电池早期失效，合金抗蠕变性差， 不适合循环使用。铅-钙-锡-铝、铅-锑-镉各方面性能相对比较好，既适合浮充使用，又适合 循环使用。 正极正极由网格状金属板栅上涂覆铅膏组成， 铅膏是正极活性物质， 主要成分是氧化铅， 红 棕色 正极活性物质的泥化失效以及正极板栅的腐蚀是正极活性物质的泥化失效以及正极板栅的腐蚀是 VRLAVRLA 失效的重要原因失效的重要原因 正极板一般较厚， 以应对活性物质的泥化脱落， 而且比负极板少一片， 常温低率放电时， 电池容量受限于正极。 二氧化铅有 α-PbO2 和 β-PbO2 两种晶体： α-PbO2 是斜方晶系，晶粒较大，可以形成网络或骨骼，使正极活性物质的结构完整从 而有较长的寿命。 β-PbO2 是正方晶系，晶粒较小因此有更大的比表面积， 放电时给出的容量是 α-PbO2 的 1.5~3 倍。 电池寿命初期，活性物质以电池寿命初期，活性物质以 α α-PbO2-PbO2 为主，寿命末期以为主，寿命末期以 β β-PbO2-PbO2 为主：为主： 电池寿命初期， 正极活性物质以为 α-PbO2 主， 放电时 α-PbO2 生成 PbSO4， 充电时 PbSO4 生成 β-PbO2 ，因此在初期循环中电池的容量越来越高。随着循环的进行，β-PbO2 的比例 增加，活性物质间的结合慢慢减弱，充电过程中在析氧的冲击下，正极活性物质密度下降， 最后软化成泥状物脱落，导致寿命终止。由于α-PbO2 有较好的机械强度和结构，由其形成 的多晶网络可作为活性物质的骨骼，而β-PbO2 有较小的尺寸和较大的比表面积，可给出较 大的比容量，二者最优的比例是二者最优的比例是 0.80.8，此时电池有最好的深放电性能，此时电池有最好的深放电性能。 1 1．．2 2 负板栅合金负板栅合金 阀控电池负板栅合金一般采用铅-钙合金，尽量减少析氢量。 负极负极由负极板栅及涂覆其上的负极活性物质组成，负极活性物质主要是海绵状金属铅海绵状金属铅， 呈金属灰色。低温(-15℃)、高率(1HR)放电时，电池容量受限于负极，原因是铅电池的钝化 即生成的硫酸铅将电解液与活性物质隔离。 负极添加剂主要包括膨胀剂、阻化剂： 膨胀剂膨胀剂：防止在循环过程中负极活性物质表面积收缩， 同时起去钝化作用， 常用的无机 膨胀剂是硫酸钡、乙炔黑等，有机膨胀剂腐殖酸、木质素等 阻化剂阻化剂：提高析氢过电位，阻滞铅电池在制造过程中的氧化 负极的不可逆硫酸盐化是电池提前失效的重要原因之一。负极的不可逆硫酸盐化是电池提前失效的重要原因之一。 不可逆硫酸盐化不可逆硫酸盐化：简称硫化，是负极活性物质在一定条件下生成坚硬而粗大的、 几乎不 溶