蓄电池的工作原理和特性

正极板：Pb2+－2e→Pb4+ Pb4++4OH- → Pb(OH)4 → PbO2+2H2O 负极板：Pb2+ +2e→Pb
电解液：2H++SO42-→ H2SO4
充电末期，PbSO4基本还原为PbO2和Pb， 部分充电电流电解水，其反应方程式为：
H2SO4 → 2H++SO42-
负极： 4H++4e→2H2↑ 正极：
ρ25℃按直线规律下降。恒流放电，电流 值一定，化学反应速度一定，单位时间消 耗的硫酸量一定。
Uf 变化规律：Uf =E－If Ri
（1）开始放电阶段 端电压由2.14V迅速下降至2.1V 极板孔隙内硫酸迅速消耗，电解液密
度迅速下降，浓差极化增大，端电压迅速 下降。
（2）相对稳定阶段 端电压由缓慢下降至1.85V 极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔
OH-留在电解液中，Pb4+ 沉附在正极
表面,使正极板有+2.0V
在外电路未接通时，反应达到动态平 衡时，静止电动势为：
E=2.0－(－0.1)=2.1V
2．放电过程
将蓄电池的化学能转换成电能的过程 称为放电过程。
化学反应过程将按图1-9所示
正极板： Pb4++2e→Pb2+ Pb2++SO42-→PbSO4
负极板： Pb－2e→Pb2+ Pb2++SO42-→PbSO4
电解液：H++OH-→H2O
蓄电池放电特征
（1）活性物质PbO2和Pb均逐渐变为 PbSO4。
（2）放电过程中，电解液密度下降，所以， 可通过电解液密度判断放电程度
（3）蓄电池内阻逐渐增大。
3．充电过程 将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充 电过程，它是放电反应的逆过程。 化学反应过程见图1-10所示： PbSO4→Pb2++SO42- H20→2H++OH-
蓄电池的工作原理和特性
一、工作原理
蓄电池的化学反应方程式为:
1．电动势的建立
蓄电池的电动势是正、负极浸入电解 液后产生的。其反应过程见图1-8所示
负极板：
铅溶于电解液中，失电子生成Pb2+
Pb-2e→Pb2+ 电子留在负极板上，和Pb2+吸引，使负极 具有负电位，为-0.1V。
正极板：PbO2溶于电解液 PbO2+2H2O→Pb(OH)4 Pb(OH)4→Pb4+ + 4OH-
隙内消耗的硫酸达到动态平衡，孔内外电 解液密度一起缓慢下降，所以端电压缓慢 下降。
（3）迅速下降阶段 端电压由1.85V迅速下降至1.75V。 放电接近终了时，电化学极化、浓差
极化、欧姆极化显著增大，端电压迅速下 降。
蓄电池放电终了的特征
（1）单个电压降到放电终止电压(单 池终止电压和放电电流有关)1.75v
（4）充电停止后，端电压逐渐下降至静止 电动势。
蓄电池充电终了的特征
（1）端电压和电解液密度上升到最大值 （2.7V），且在2h小时内不上升。 （2）电解液中剧烈冒汽泡，呈沸腾现象。 (电解水)
蓄电池电动势的建立
蓄电池放电过程
蓄电池充电过程
电解液电阻与密度的关系
恒流放电特性曲线
恒流充电特性曲线
（2）电解液密度降到最小终止值
（1）充电开始阶段 端电压迅速上升。
开始充电时，孔隙内迅速生成硫酸， 浓差极化增大，端电压迅速上升。
4．充电特性
在恒流充电过程中，蓄电池的端电压UC 和电解液密度ρ25℃ 随时间ｔC而变化的 规律。
恒流充电特性曲线见图1-13。
ρ25℃按直线规律上升。恒流放电，电流 值一定，化学反应速度一定，单位时间生 成的硫酸量一定。
UC 变化规律：UC = E + IC Ri
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（2）稳定上升阶段 端电压缓慢上升至2.4V左右。 孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散，当
硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时， 端电压随整个容器内电解液密度变化而缓 慢上升。
（3）充电末期 电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不
变，电解液呈沸腾状态。
活性物质还原反应结束后的充电称为 过充电，充电电流用于电解水，应避免长 时间过充电。
2．内阻 电流流过蓄电池时所受到的阻力称为蓄电 池的内阻。
蓄电池的内阻包括以下几部分：
（1）极板内阻 很小，随活性物质的 变化而变化，充电时变小，放电时变大。
（2）隔板内阻 与材料有关 （3）电解液内阻 温度升高，内阻下 降；内阻与密度关系密度见图1-11。 （4）联条内阻 很小，为定值
3．放电特性 恒流放电过程中，蓄电池的端电压Uf 和电 解液密度ρ25℃ 随时间ｔf而变化的规律。 恒流放电特性曲线图1-12 。
2H2SO4+2H2O－4e → 2H2SO4+O2↑
总反应式：2H2O→2H2↑+O2↑
二、工作特性
蓄电池的工作特性包括：静止电动势、 内阻、充电特性和放电特性
1．静止电动势ES 蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差 （即开路电压）称为静止电动势。 在密度为1.05～1.30g/cm3范围内 ES=0.85+ρ25°C（V） 其中，ρ25°C（V）为25°C时电解液的相 对密度ρ25°C=ρT+0.0007（T-25） 汽车用蓄电池的电解液密度一般在1.121.30g/cm3之间，因此ES=1.97～2.15（V）