铅酸电池分析
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铅酸蓄电池的标称电压是2V，理论比能量是 166.9Wh/kg，实际比能量为35～45Wh/kg
铅酸电池分析
蓄电池（二次电池）: 1. 电池的放电产物可借助于通反向直流电流 的方法使其复原. 2. 其充放电过程是一个电能和化学能相互转 换的过程.
铅酸电池分析
二氧化铅电极
活性物质PbO2：疏松的多孔体 板栅：Pb合金铸造成的栅栏片状物体
铅酸蓄电池
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅蓄电池的构造
组成部件： 1、极板及极
板组 2、隔板 3、电解液 4、联条
负极柱 加液孔 连条
护 板
隔板
汽车蓄电池是由 肋条 3—6个单格电池 负极板
串联组成
铅酸电池分析
正极柱 电极衬套
外 壳
铅酸蓄电池的主要用途
1. 启动用铅酸蓄电池 2. 固定型铅酸蓄电池 3. 蓄电池车用电池（牵引型铅酸蓄电池） 4. 便携设备及其他设备用铅酸蓄电池
铅酸电池分析
蓄电池中参与化学反应的物质：正极板： PbO2 ； 负极板： Pb ；电解液：硫酸水溶液 放电：正极板的PbO2 和负极板的 Pb PbSO4
电解液中的H2SO4减少，密度下降。 充电：正极板的PbSO4 恢复为PbO2 ；负极板的 PbSO4恢 复为Pb 。电解液中的H2SO4增加，密度下降。
E酸 密 度 g/cm 30.84
铅酸电池分析
• 铅酸蓄电池正常工作的条件
1. 电极反应可逆； 2. 氢气和氧气在电极上具有较高的过电位才有可
能使电池正常充放电； 3. 放电产物PbSO4在H2SO4水溶液中的溶解度较
低。
铅酸电池分析
一个电池体系满足哪些条件才能作为蓄电池？ 1. 电池反应可逆； 2. 只能采用一种电解质溶液 ； 3. 电池放电时固体产物难溶解于电解液中.
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸蓄电池的热力学基础
• 电池反应、电动势及电极电势
双硫酸盐理论
P b + P b O 2 + 2 H 2 S O 4 2 P b S O 4 + 2 H 2 O
1. 对放电前后活性物质的物相分析 2. 对电解液浓度变化的精确测量
铅酸电池分析
电极反应
H S O - 4 H + S O 2 4 - K 2 1 .2 1 0 2 lgc c (( H S S O O 2 4 -- 4 )) lg (1 .2 1 0 2) lg c(H + ) 1 .9 2 p H
E ( P b O 2 /P b S O 4 ) ( P b S O 4 /P b ) R F T ln a a ( H ( H 2 S 2 O O ) 4 )
1. 铅酸蓄电池的电动势只与酸的浓度有关，与蓄 电池中含有的铅、二氧化铅或硫酸铅的量无关；
2. 正负极的稳定电势接近于它们的平衡电极电势， 故电池的开路电压与电池的电动势接近 .
1. 原料易得，价格相对低廉； 2. 高倍率放电性能良好； 3. 温度性能良好,可在-40～＋60℃的环境下工作； 4. 适合于浮充电使用,使用寿命长,无记忆效应； 5. 废旧电池容易回收,有利于保护环境.
缺点：
1. 比能量低,一般为30～40Wh/kg； 2. 使用寿命不及Cd/Ni电池； 3. 制造过程容易污染环境,必须配备三废处理设备.
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
正极自放电
铅酸电池分析
铅酸电池分析
• 正极板栅的长大
1. 正极板栅的长大是由于其表面氧化膜的生成 造成的
2. 正极板栅长大的后果是其线性尺寸增加、弯 曲以及个别筋条的断裂,从而造成板栅的破坏 和电池正极板栅在使用过程中的变形称为板 栅的长大
3. 寿命的终止
铅酸电池分析
铅负极
• 铅负极的反应机理
溶解过程 沉淀过程
PbPb2+2e Pb2+HSO-4 PbSO4H+
铅酸电池分析
• 铅负极的钝化
– 铅负极钝化的原因
铅酸电池分析
铅负极的添加剂
1.膨胀剂
铅酸电池分析
2.阻化剂
铅酸电池分析
– BaSO4的作用机理 1. BaSO4与PbSO4的晶格参数非常接近; BaSO4
电解液中存在的离子大部分是H+和HSO4- . P b + H S O - 4 - 2 e P b S O 4 + H + = - 0 .3 0 0 V
P b O 2 + 3 H + + H S O - 4 + 2 e P b S O 4 + 2 H 2 O = 1 . 6 5 5 V
铅酸电池分析
结构 形成条件
电化学活性
αPbO2
斜方晶系
弱酸性及碱 性溶液中， pH大约2～
3以上
尺寸较大、颗粒较硬，在 正极活性物质中可以形成 网络或骨骼，使电极具有 较长的寿命;但容量较低，
同时易向β-PbO2转化
βPbO2
强酸性溶液 正方晶系 中，pH在
2～3以下
铅酸电池分析
更稳定些；容量更高
β-PbO2＞ α-PbO2
铅酸蓄电池的发展历史和趋势
发展历史： 涂膏式极板、铅锑板栅合金、管状电极、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ钙板 栅合金、胶体电解液及阀控式铅酸蓄电池
趋势： 1. 要求蓄电池是免维护型的，更便于使用； 2. 进一步提高电池的比能量； 3. 进一步提高电池的比功率； 4. 进一步提高电池的循环寿命
铅酸电池分析
铅酸蓄电池的优缺点 优点：
铅酸电池分析
铅酸电池的化学原理
()PbH 2SO 4 PbO 2()
P b + P b O 2 + 2 H 2 S O 4 2 P b S O 4 + 2 H 2 O
电极反应 （1）负极电极反应式： Pb+SO42- PbSO4+2e （2）正极电极反应式： PbO2+4H++SO42-+2e PbSO4+2H2O
• 活性物质PbO2
P b O 2 + 3 H + + H S O - 4 + 2 e P b S O 4 + 2 H 2 O = 1 . 6 5 5 V
液相反应机理
1. 氧化/还原反应发生在电极与溶液的界面 2. 中间步骤是溶液中的Pb2+进行氧化还原反应。
铅酸电池分析
• PbO2的结晶变体及其特性
在负极中高度分散 2. 放电时：BaSO4是PbSO4的结晶中心, 降低
PbSO4结晶时的过饱和度、使生成的PbSO4 覆盖金属铅的可能性减小→推迟负极的钝化 3. 充电时：使生成的海绵状铅具有高度的分散 性→防止其收缩
铅酸电池分析
蓄电池（二次电池）: 1. 电池的放电产物可借助于通反向直流电流 的方法使其复原. 2. 其充放电过程是一个电能和化学能相互转 换的过程.
铅酸电池分析
二氧化铅电极
活性物质PbO2：疏松的多孔体 板栅：Pb合金铸造成的栅栏片状物体
铅酸蓄电池
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅蓄电池的构造
组成部件： 1、极板及极
板组 2、隔板 3、电解液 4、联条
负极柱 加液孔 连条
护 板
隔板
汽车蓄电池是由 肋条 3—6个单格电池 负极板
串联组成
铅酸电池分析
正极柱 电极衬套
外 壳
铅酸蓄电池的主要用途
1. 启动用铅酸蓄电池 2. 固定型铅酸蓄电池 3. 蓄电池车用电池（牵引型铅酸蓄电池） 4. 便携设备及其他设备用铅酸蓄电池
铅酸电池分析
蓄电池中参与化学反应的物质：正极板： PbO2 ； 负极板： Pb ；电解液：硫酸水溶液 放电：正极板的PbO2 和负极板的 Pb PbSO4
电解液中的H2SO4减少，密度下降。 充电：正极板的PbSO4 恢复为PbO2 ；负极板的 PbSO4恢 复为Pb 。电解液中的H2SO4增加，密度下降。
E酸 密 度 g/cm 30.84
铅酸电池分析
• 铅酸蓄电池正常工作的条件
1. 电极反应可逆； 2. 氢气和氧气在电极上具有较高的过电位才有可
能使电池正常充放电； 3. 放电产物PbSO4在H2SO4水溶液中的溶解度较
低。
铅酸电池分析
一个电池体系满足哪些条件才能作为蓄电池？ 1. 电池反应可逆； 2. 只能采用一种电解质溶液 ； 3. 电池放电时固体产物难溶解于电解液中.
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸蓄电池的热力学基础
• 电池反应、电动势及电极电势
双硫酸盐理论
P b + P b O 2 + 2 H 2 S O 4 2 P b S O 4 + 2 H 2 O
1. 对放电前后活性物质的物相分析 2. 对电解液浓度变化的精确测量
铅酸电池分析
电极反应
H S O - 4 H + S O 2 4 - K 2 1 .2 1 0 2 lgc c (( H S S O O 2 4 -- 4 )) lg (1 .2 1 0 2) lg c(H + ) 1 .9 2 p H
E ( P b O 2 /P b S O 4 ) ( P b S O 4 /P b ) R F T ln a a ( H ( H 2 S 2 O O ) 4 )
1. 铅酸蓄电池的电动势只与酸的浓度有关，与蓄 电池中含有的铅、二氧化铅或硫酸铅的量无关；
2. 正负极的稳定电势接近于它们的平衡电极电势， 故电池的开路电压与电池的电动势接近 .
1. 原料易得，价格相对低廉； 2. 高倍率放电性能良好； 3. 温度性能良好,可在-40～＋60℃的环境下工作； 4. 适合于浮充电使用,使用寿命长,无记忆效应； 5. 废旧电池容易回收,有利于保护环境.
缺点：
1. 比能量低,一般为30～40Wh/kg； 2. 使用寿命不及Cd/Ni电池； 3. 制造过程容易污染环境,必须配备三废处理设备.
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
铅酸电池分析
正极自放电
铅酸电池分析
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• 正极板栅的长大
1. 正极板栅的长大是由于其表面氧化膜的生成 造成的
2. 正极板栅长大的后果是其线性尺寸增加、弯 曲以及个别筋条的断裂,从而造成板栅的破坏 和电池正极板栅在使用过程中的变形称为板 栅的长大
3. 寿命的终止
铅酸电池分析
铅负极
• 铅负极的反应机理
溶解过程 沉淀过程
PbPb2+2e Pb2+HSO-4 PbSO4H+
铅酸电池分析
• 铅负极的钝化
– 铅负极钝化的原因
铅酸电池分析
铅负极的添加剂
1.膨胀剂
铅酸电池分析
2.阻化剂
铅酸电池分析
– BaSO4的作用机理 1. BaSO4与PbSO4的晶格参数非常接近; BaSO4
电解液中存在的离子大部分是H+和HSO4- . P b + H S O - 4 - 2 e P b S O 4 + H + = - 0 .3 0 0 V
P b O 2 + 3 H + + H S O - 4 + 2 e P b S O 4 + 2 H 2 O = 1 . 6 5 5 V
铅酸电池分析
结构 形成条件
电化学活性
αPbO2
斜方晶系
弱酸性及碱 性溶液中， pH大约2～
3以上
尺寸较大、颗粒较硬，在 正极活性物质中可以形成 网络或骨骼，使电极具有 较长的寿命;但容量较低，
同时易向β-PbO2转化
βPbO2
强酸性溶液 正方晶系 中，pH在
2～3以下
铅酸电池分析
更稳定些；容量更高
β-PbO2＞ α-PbO2
铅酸蓄电池的发展历史和趋势
发展历史： 涂膏式极板、铅锑板栅合金、管状电极、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ钙板 栅合金、胶体电解液及阀控式铅酸蓄电池
趋势： 1. 要求蓄电池是免维护型的，更便于使用； 2. 进一步提高电池的比能量； 3. 进一步提高电池的比功率； 4. 进一步提高电池的循环寿命
铅酸电池分析
铅酸蓄电池的优缺点 优点：
铅酸电池分析
铅酸电池的化学原理
()PbH 2SO 4 PbO 2()
P b + P b O 2 + 2 H 2 S O 4 2 P b S O 4 + 2 H 2 O
电极反应 （1）负极电极反应式： Pb+SO42- PbSO4+2e （2）正极电极反应式： PbO2+4H++SO42-+2e PbSO4+2H2O
• 活性物质PbO2
P b O 2 + 3 H + + H S O - 4 + 2 e P b S O 4 + 2 H 2 O = 1 . 6 5 5 V
液相反应机理
1. 氧化/还原反应发生在电极与溶液的界面 2. 中间步骤是溶液中的Pb2+进行氧化还原反应。
铅酸电池分析
• PbO2的结晶变体及其特性
在负极中高度分散 2. 放电时：BaSO4是PbSO4的结晶中心, 降低
PbSO4结晶时的过饱和度、使生成的PbSO4 覆盖金属铅的可能性减小→推迟负极的钝化 3. 充电时：使生成的海绵状铅具有高度的分散 性→防止其收缩