鉛酸蓄電池原理1

1、鉛酸蓄電池學時：5學時主要內容：鉛酸電池概述熱力學原理 二氧化鉛正極鉛負極鉛酸電池的電性能1本章重點：蓄電池：工作原理正極：板柵的腐蝕和變形負極：鈍化；負極添加劑；負極極板的不可逆硫酸化制造工藝：與原電池相比蓄電池制造工藝的復雜性，活性物質的制備、極板的化成。2一、概述鉛酸蓄電池的組成、用途及發(fā)展3蓄電池（二次電池）: 電池的放電產物可借助于通反向直流電流的方法使其復原. 其充放電過程是一個電能和化學能相互轉換的過程.4一個電池體系滿足哪些條件才能作為蓄電池？電池反應可逆；只能采用一種電解質溶液 ；電池放電時固體產物難溶解于電解液中. 鉛酸蓄電池的標稱電壓是2V，理論比能量是166.9Wh/k

2、g，實際比能量為3545Wh/kg5鉛酸蓄電池的主要用途 啟動用鉛酸蓄電池 固定型鉛酸蓄電池 蓄電池車用電池（牽引型鉛酸蓄電池） 便攜設備及其他設備用鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史和趨勢發(fā)展歷史： 涂膏式極板、鉛銻板柵合金、管狀電極、鉛鈣板柵合金、膠體電解液及閥控式鉛酸蓄電池趨勢：要求蓄電池是免維護型的，更便于使用；進一步提高電池的比能量；進一步提高電池的比功率；進一步提高電池的循環(huán)壽命6鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點優(yōu)點：原料易得，價格相對低廉；高倍率放電性能良好；溫度性能良好,可在-4060的環(huán)境下工作；適合于浮充電使用,使用壽命長,無記憶效應；廢舊電池容易回收,有利于保護環(huán)境.缺點：比能量低,一般

3、為3040Wh/kg；使用壽命不及Cd/Ni電池；制造過程容易污染環(huán)境,必須配備三廢處理設備.7二、鉛酸蓄電池的熱力學基礎電池反應、電動勢及電極電勢雙硫酸鹽理論對放電前后活性物質的物相分析對電解液濃度變化的精確測量8電極反應 電解液中存在的離子大部分是H+和HSO4- .9鉛酸蓄電池的電動勢只與酸的濃度有關，與蓄電池中含有的鉛、二氧化鉛或硫酸鉛的量無關；正負極的穩(wěn)定電勢接近于它們的平衡電極電勢，故電池的開路電壓與電池的電動勢接近 .10鉛酸蓄電池正常工作的條件電極反應可逆；氫氣和氧氣在電極上具有較高的過電位才有可能使電池正常充放電； 放電產物PbSO4在H2SO4水溶液中的溶解度較低。 11

4、活性物質PbO2：疏松的多孔體 板柵：Pb合金鑄造成的柵欄片狀物體活性物質PbO2 液相反應機理 三、二氧化鉛電極氧化/還原反應發(fā)生在電極與溶液的界面中間步驟是溶液中的Pb2+進行氧化還原反應。 12PbO2的結晶變體及其特性13正極板柵的腐蝕正極板柵腐蝕的原因 正極板柵中的Pb和其他成分如Sb處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài) 鉛的陽極腐蝕機理 14正極板柵的長大 正極板柵的長大是由于其表面氧化膜的生成造成的 正極板柵長大的后果是其線性尺寸增加、彎曲以及個別筋條的斷裂,從而造成板柵的破壞和電池正極板柵在使用過程中的變形稱為板柵的長大 壽命的終止 15四、鉛負極鉛負極的反應機理16鉛負極的鈍化鉛負極鈍化的原

5、因影響因素鉛負極活性物質的收縮鉛負極的添加劑無機類添加劑：炭黑、BaSO4 有機類添加劑：木素、腐殖酸 17BaSO4的作用機理BaSO4與PbSO4的晶格參數(shù)非常接近; BaSO4在負極中高度分散放電時：BaSO4是PbSO4的結晶中心, 降低PbSO4結晶時的過飽和度、使生成的PbSO4覆蓋金屬鉛的可能性減小推遲負極的鈍化充電時：使生成的海綿狀鉛具有高度的分散性防止其收縮 18有機添加劑的作用機理吸附在活性物質上，降低電極/溶液界面的自由能阻止海綿狀鉛表面的收縮吸附在鉛上，增加PbSO4 在鉛上的結晶中心生成能推遲負極的鈍化 有機添加劑的選擇得當19鉛負極的不可逆硫酸鹽化活性物質在一定條件

6、下生成堅硬而粗大的PbSO4，它不同于正常放電時生成的PbSO4，幾乎不溶解。因此在充電時不能轉化為活性物質，造成電池容量減小常常是在電池組長期充電不足或過放電狀態(tài)下長期儲存形成的 硫酸鹽化的根本原因一般認為是PbSO4的重結晶防止措施發(fā)生硫酸鹽化后的處理方法 20五、鉛酸蓄電池的電性能鉛酸蓄電池的充放電特性21鉛酸蓄電池的容量及其影響因素電池容量主要取決于活性物質的數(shù)量及其利用率 活性物質的利用率與放電制度、電極和電池的結構、制造工藝等有關22鉛酸蓄電池的失效模式與循環(huán)壽命失效模式 正極板柵的腐蝕與長大 正極活性物質的軟化、脫落 負極的不可逆硫酸鹽化 早期容量損失影響電池循環(huán)壽命的外在因素

7、放電深度 過充電程度 電解液濃度及溫度23鉛酸蓄電池的荷電保持能力負極的自放電反應氫的析出反應 氧的還原反應 正極板柵合金組分向負極的遷移24正極的自放電反應 氧氣的析出 鉛腐蝕 25鉛酸蓄電池的低溫充電接受能力鉛酸電池在低溫下的充電效率很低,原因是什么?為什么低溫下正極的充電接受能力比負極好?26六、鉛酸蓄電池制造工藝負極板柵澆鑄正極板柵澆鑄涂膏淋酸、壓板表面干燥極板固化干燥極板化成電池裝配鉛粉制備和膏27板柵制造板柵的作用對板柵的要求板柵合金的選擇鉛粉制造鉛粉的制備方法鉛膏的配制進行的化學反應28鉛膏主要為硫酸鉛和氧化鉛的混合物，含有8%12%的硫酸鉛。29極板化成 用通入直流電的方法使正極板上的活性