铅酸蓄电池原理讲解

（3）电解液：铅酸蓄电池一律采用硫酸电解质，是电化 学反应产生的必需条件。
对于胶体蓄电池，还需要添加胶体，以便与硫酸凝胶 形成胶体电解质，此时硫酸不仅是反应电解质，还是胶 体所需的凝胶剂。一定浓度的硫酸配比一定浓度的硅凝 胶，即成为软固体状的硅胶电解质。碱性蓄电池的电解 液是22％～40％浓度的氢氧化钾溶液。
当Pb4+沉附到正极板上时，这时通过外线路来的2个电子 被Pb4+俘获，生成Pb2+又与电解液中的SO42-发生反应， 变为PbSO4 ，这些PbSO4以固体形式被吸附在正极板上。 电解液中存在的H+ 和SO42-在电场的作用下分别移向电池
的正负极，在电池内部产生电流，形成 回路，使蓄电池向外持续放电。所以正 极上的反应为：
（4）电池槽及槽盖：蓄电池外壳，它为整体结构，壳内 由隔壁分成三格或六格互不相通的单格；其底部有突起的 肋条，用来搁置极板组；肋条间的空隙用来堆放从极板上 脱落下来的活性物质，以防止极板短路。槽的厚度及材料 直接影响到电池是否鼓胀变形。外壳材料一般是用橡胶或 工程塑料，如PVC或ABS槽盖。
（三）基本反应原理
当用连有电流计的导线连接两极 时，可以观察到三个重要的现象：
Zn棒逐渐溶解，铜棒上有气体溢 出，导线中有电流流过
此反应的实质是：
Zn 2H++2e-
组成蓄电池需要有两个条件：
Zn2++2e- (氧化反应) H2 (还原反应)
一是必须把化学反应中失去电子的过程(氧化过程)Baidu Nhomakorabea得到 电子的过程(还原过程)分割在两个区域进行；
他们用两片铅片作电极，中间隔以橡皮卷成的细螺旋 作隔板，浸在10%的硫酸(H2SO4)溶液(密度1.06g/cm3)中， 构成一个铅酸蓄电池。
1906年，普朗特向法国科学院提交了一个由9个单体电 池构成的铅酸蓄电池，这是世界上第一个铅蓄电池—— 普朗特电池。
由于它的主要原料是铅和酸，因而称为铅酸蓄电池或 简称为铅蓄电池。
1881年末，有人提出了栅形板栅的设计，即将整体的平 面铅板改成多孔板栅，将铅膏塞在小孔中。这种极板在 保持活性物质不脱落方面比整体平面铅板好。
1882年，以铅锑合金(Pb—Sb)作板栅，增强了硬度。
铅粉、铅膏、合金板栅作为现代铅酸蓄电池极板结构 就此确定下来。
板栅的制造
传统的浇铸方式是将熔融的铅液注入板栅模具中铸造而成。 一般是一次铸成2片板栅，因凝固时间长，生产效率低下。另 外，1mm以下的薄型板栅铸造成形有一定的难度。但这种模 具也有体积小、便于倒班、成本低、设计灵活等优势。
发生反应，生成PbSO4，且PbSO4 的溶解度很小，所以生成后从溶液 中析出，附着在电极上，反应式为：
2H2SO4
Pb - 2e-
Pb2++ SO42-
4H++2 SO42Pb2+ PbSO4
生成正P极b(放O电H)时4；有而少它量不P稳bO定2进，入又电很解快液电与解H成2O为发Pb生4+作和用OH，-， Pb4+沉附在正极板上，使正极板具有正电位，达到动态平 衡时，其电极电位约为+2.0V。
作用：是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出 电能并可随时向负载供电。
太阳能光伏发电 系统对蓄电池的基 本要求是：
①使用寿命长； ②自放电率低；
③深放电能力强； ④充电效率高； ⑤少维护或免维护； ⑥工作温度范围宽； ⑦价格低廉。
一、铅酸蓄电池的发展
铅酸蓄电池是1859年卡斯通和普朗特(Gaston&Plante) 发明的。
（一）结构
负极板 隔板 正极板
壳体
壳体采用耐酸、耐热和耐 震的硬橡胶或聚丙稀塑料制 成整体式结构，壳体内分成 ６个互不相通的单格，每个 单格内装有极板组和电解液 组成一个单格的蓄电池。
壳体的底部有凸起的筋， 用来支撑极板组，并使极板 上脱落下来的活性物质落入 凹槽中，防止极板短路。
（二）主要零部件及作用
但普朗特电池存在着电极活性物质利用率低、化成 时间相当长、电池放电容量不大等问题，所以没有获得 工业上的应用。
铅的氧化物和硫酸混合可制成膏剂——铅膏，涂在铅 片上可大大缩短化成时间，电极利用率和电池放电容量 也大为提高。
1881年，富尔(Faure)发明了涂膏式极板，但它的一个 严重缺陷是铅膏容易从铅板上脱落。
1971年美国Gates公司生产出玻璃纤维隔板的吸液式电 池，这就是阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA电池)。
VRLA电池商业化应用30年来，尽管出现过一些问题， 如漏液、早期容量损失、寿命短等，曾一度引起人们的 怀疑，但经过多年的努力，其设计技术有了很大的发展， 并沿用至今。
二、VRLA电池的结构和原理
1910年开始，铅酸蓄电池生产得到充分发展。
原因：一是汽车数量的快速增长，带动了用于启动、 照明和点火的蓄电池的发展；其次是电话业采用铅酸蓄 电池作为备用电源，并要求安全可靠又能使用多年，使 得蓄电池开始广泛用于汽车、铁道、通信等工业。
1957年原西德阳光公司制成胶体密封铅酸蓄电池并投 入市场，标志着实用的密封铅酸蓄电池的诞生。
二是物质在进行转变的过程中，电子必须通过外线路。
铅酸蓄电池的工作原理： 包括放电过程和充电过程。
(1)放电过程
负极板:一方面铅板有溶于电解液的倾向，因此有少量铅 进入溶液生成Pb2+(被氧化)而在极板带负电；另一方面， 由于Pb2+带正电荷，极板带负电荷，正、负电荷又要相 互吸引，这时Pb2+离子又有沉附于极板的倾向。这两者 达到动态平衡时，负极板相对于电解液具有负电位，其 电极电位约为-0.1V。 Pb2+和电解液中解离出来的SO42-
（1）极板(板栅 ):以铅锑合金为骨架，上面紧密地涂上 铅膏，经过化学处理后，正、负极板上形成各自的活性 物质，正极的活性物质是PbO2，负极的活性物质是海绵 铅，在成流过程中，负极被氧化，正极被还原，负极板 一般为深灰色，正极板为暗棕色。
（2）隔板：隔板有水隔板、玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔 板、塑料隔板等，隔板的作用是储存电解液，气体通道， 使正、负极间的距离缩到最小而互不短路；隔板可以防 止极板的弯曲和变形，防止活性物质的脱落，要起到这 些作用，就要求隔板具有高度的多孔性、耐酸、不易变 形、绝缘性能要好，并且有良好的亲水性及足够的机械 强度。