铅酸电池基础

国标命名解释
• • • • 根据JB2599‐85部颁标准,我国铅酸电池型号命名分为三段,其含义如下： 串联的单体电池数—电池的类型和特征—额定容量 当电池数为1时，称为单体电池，第一段可以省略。 电池的类型是根据主要用途划分，代号用汉语拼音第一个字母，如下：
汉语拼音字母 表示 电池 用途 的字 母 Q G D N T M KS JC B TK 含义 启动用 固定用 电池车 内燃机车 铁路客车 摩托车用 矿灯酸性 舰船用 航标灯 坦克 闪光灯 汉语拼音字母 表示电池特征的字母 A F FM W J D J Q H B Y 含义 干荷电式 防酸式 阀控式 无需维护 胶体电液 带液式 激活式 气密式 湿荷式 半密闭式 液密式
铅酸蓄电池应用
• 通信备用电池
铅酸蓄电池应用
• 储能用蓄电池
铅酸蓄电池应用
• 安防系统，应急灯具
铅酸蓄电池应用
• 军用
铅酸电池结构
Vented type VRLA 开口式 阀控密封式
橡胶隔板 PVC隔板 波纹板
酚醛树脂隔板
主要部件‐外 壳
ABS AS/SAN
OPzV系列 DB、DC、Solar系列
OPzS系列
ABS
FA/FAG系列
PP 外壳
主要部件‐常用部件
密封圈 槽底鞍
BSB色 盖
BSB色 盖
SEC专用色盖 SEC专用色盖
主要部件‐常用部件
端极柱、内极柱等零件
安全阀
常规 胶帽
铅酸从蓄电池分类
• 按我国有关标准规定：
– 起动型蓄电池(Q)：主要用于汽车、拖拉机、柴油机船舶等起动和 ：主要用于汽车 拖拉机 柴油机船舶等起动和 照明。 – 固定型防酸式蓄电池(GF)：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作 为保护、自动控制的备用电源 为保护、自动控制的备用电源。 – 牵引型蓄电池(D)：主要用于各种蓄电池车,叉车、铲车等动力电源。 – 铁路客车用蓄电池(T)：主要用于铁路客车照明和车上电器设备。 – 内燃机车用蓄电池(N)：主要供内燃机车启动和照明用。 – 摩托车蓄电池(M)：主要用于各种规格摩托车起动和照明。 – 航空用电池(HK)：用于飞机启动、照明、通信。 – 潜艇用电池(JC)：用于潜艇水下航行的动力、照明、电器设备。 用于潜艇水下航行的动力 照明 电器设备 – 坦克用电池(TK)：用于坦克的启动、用电设备、照明。 – 矿灯用电池(K)：供井下矿工安全帽上的矿灯照明。 – 航标用电池(B) ( )：航道夜间航标照明。 航道夜间航标照明 – 其他用途电池：如摄像机、闪光灯、应急灯、风力发电储存等。
铅酸蓄电池基础知识
Baron 2014.08.15
目录
定义,分类和发展历史 铅酸蓄电池外形和应用 蓄 外 常用铅酸蓄电池简介 铅酸蓄电池结构和原理
铅酸电池的定义
铅酸蓄电池Lead acid battery： 铅酸蓄电池是蓄电池的一种，主要特点是采用稀 硫酸做电解液，用PbO2和海绵Pb分别做为电池的 正极和负极的一种酸性蓄电池
Pb Pb 2+ 2 e Pb 2+ HSO -4 PbSO 4 H +
溶解沉淀和固相反应机理：
1. 2. 3. 溶解沉淀和固相反应并存； 放电：Pb先溶解为Pb2+，再扩散到电极表面与HSO4-反应； 充电：PbSO4先溶解Pb2+和SO4 2‐ ， Pb2+接受外电路电子还原。
OPzV系列用
SEC专用
TGF系列
OPzS系列用
铅酸蓄电池原理
• 铅酸蓄电池的表达式
() Pb H 2SO4 PbO2 ()
• 铅酸蓄电池反应式
Pb b + PbO bO 2 +2H 2SO 4 2PbSO bSO 4 +2H 2 O
铅酸蓄电池反应原理：
“Double sulfate ” theory
铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中 铅酸蓄电池自发明后 在化学电源中一直占有绝对优势 直占有绝对优势。 这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的 可靠性 适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点 可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。
铅酸电池俗称 是什么?
铅酸蓄电池发展历史
正极PbO2
• 活性物质PbO2
(相对于标准氢电极标准电极电动势)
液相反应机 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 进行氧化还原反应。 2. 中间步骤是溶液中的 中间步骤是溶液中的Pb2+ 进行氧化还原反应
Pos. Plate Material Changes
discharge
现在“维护”还 包含哪些内容?
铅酸从蓄电池分类
• 按极板结构分类
类别 涂膏式 管式 形成式 制造方法 正负极铅合金平板状板栅，涂上铅膏后经固化，干燥，充电后形成 正极板是以铅合金的骨架外套以编织的或者无纺纤维管，并在管中放入 铅膏 也称plante式，纯铅铸成
• 按极板荷电状态分类
类别 部分荷电态 干荷电态 湿荷电态 含义 极板为未完全充电态，放在无电解液的电池槽中，开始使用时应灌入电解液， 并进行长时间的初充电方可使用,我司OPzS就是. 极板处于干燥充电态的电池槽中，使用时灌入电解液，不需要初充电即可使用。 已灌注电解液并达到完全充电态，VRLA电池都是这类电池,储存期间需定期补 充电.
铅酸从蓄电池分类
• 按电池盖和排气栓结构分类
类别 开口式 排气式 防酸隔爆式 防酸消氢式 阀控密封式 含义 上盖有开口，充电产生的气体可从开口处自由逸出，需定期补水维护 电池的壳体和盖固定在一起，盖的注酸口上装有排气栓,有冷凝回流作用 池盖上排气栓有防酸阻火功能，允许电池排气，使酸雾回流，遇到外界火源时电 池不燃烧不爆炸 装有催化栓,可使电池析出的氢氧重新化合为水返回电池，同时具有防酸隔爆性能 蓄电池全密闭，无需加水，装有安全阀，电池内压力过大时可排气体，外界气体 不能进入电池内部。
active material electrolyte active material active material
electrolyte active material
◆ sulfuric acid in the electrolyte acts both the ion transmission medium and the reactant ◆ positive plate material PbO2 and negative plate material Pb are both turned to PbSO4
充放电过程中物质的转变
PbSO4
Pb
负 极
物 质 体 积 对 比
substance molecule weight Pb PbO α-PbO2 β-PbO PbO2 PbSO4 207.2 223.2 239.2 239.2 303.3 density 11.34 9.64 9.37 9.3 6.29 1
PbO2＋2H2SO4＋Pb
charge Ⅰ Ⅱ
PbSO4＋2H2O＋PbSO4
Ⅲ
charg e Ⅵ Ⅴ
Full charge
Discharge( 1) Ⅳ
Re-charge BSB Power Company Limited
Discharge(3)
Discharge( 2)
负极Pb
(相对于标准氢电极标准电极电动势)
例：6‐QA‐120
S
表示有6个单体电池（12伏），启动用，装有干式荷极板，20小时率额定容量为120安时。
铅酸电池外形
方形 圆形 其他
铅酸蓄电池应用
• 汽车电池
普通维护型 免维护型 VRLA免维护型
铅酸蓄电池应用
• 牵引电池
铅酸蓄电池应用
• 电动助力车用
铅酸蓄电池应用
• UPS/EPS后备用电池
AGM GEL
二者之间有 哪些特征性 部件?
富液式/开口式
• 富液式
阀控密封式‐AGM
• AGM
阀控密封式‐Gel
胶体 Dry Wet Inside
• 1859年法国学者普兰特(Gaston Plante )发明了铅酸蓄电池 • 1881年Faure成功研制出涂膏极板,同年,SWAN 发明了板栅代 替铅片,而sellon发明了Pb‐Sb合金,并沿用至今。 并沿用至今 • 1890 年 Phillipart和 Woodward 发明了管式电极。 • 1935 年 哈灵 (Haring) 制成了 Pb~Ca板栅合金。 • 1957 年 德国阳光 (Sonnenschein)发明了触变性SiO2 凝胶的胶 体密封铅酸电池。 • 1971 年 美国 Gates G 公司发明吸液式超细玻璃隔板 (Absorbent (Ab b Glass Mat) , 解决了氧的复合问题。因而使铅酸电池实现了密 封,不漏液. 这是铅酸蓄电池发展历史一个里程碑。 • 1983年，美国GNB公司开始大规模向市场推出VRLA电池。 • 1990年，深圳华达从美国GNB公司引进技术生产VRLA电池。 • 1995年，美国Electrosource公司开发出了水平密封蓄电池， • 1998年左右，江苏双登(Shoto)整套从德国哈根引进胶体电池 的生产技术、工艺和设备(OPzV系列).
BSB Power Company Limited
主要部件‐极 板
正极板 负极板 电池的 心脏
管式极板左熟右生
TG系列扁管
极板的组成
• 板栅：Pb合金
平板式
• 活性物
正极活性物质PbO2：疏松的多孔体
管式
负极活性物质Pb:疏松多孔海绵状 的铅,表面积很大
主要部件‐隔 板
各类隔板：
AGM PVC复合隔板‐波纹筋 PVC隔板‐斜筋
铅酸从蓄电池分类
• 维护要求
维护的本质意思是：定期补水，使电解液量维持在刻度线范 维护的本质意思是 定期补水 使电解液量维持在刻度线范 围内
类别 普通维护式 少维护式 免维护式 说明 需要定期补水进行维护,早期的汽车电池，开口式工业电池 采用低锑合金，维护周期明显延长，典型代表为OPzS 即阀控式密封蓄电池，包括AGM和Gel
PbO2
正 极
volume ratio compare with Pb 1.26 1.32 1.40 2.64
铅酸蓄电池电动势
电解液H2SO4： 以离子形态存在电解液中； 以离子形态参加反应。 以离子形态参加反应
2HSO -4 H + SO 4
K 2 1.2 10 2
c(SO 22 + 4 ) lg(1.2 10 ) lg (H ) 1.92 pH lg c c(HSO 4 )
4 4
discharge charge
discharge
PbO2＋2H2SO4＋Pb
charge
PbSO4＋2H2O＋PbSO4
(sulfate) positive plate (water) (sulfate) negative plate
(lead dioxide) (sulfuric acid) (spongy lead) positive plate negative plate
Neg. Material Changes
discharge
PbO2＋2H2SO4＋Pb
charge
PbSO4＋2H2O＋PbSO4
charge
Full charge
Discharge(1)
charge
BSB Power Company Limited
Re-
Discharge(3)
Discharge(2)
电解液中存在的离子大部分是H+和HSO4‐ .
铅酸蓄电池电动势
铅酸电池电动势表达式：
1.
铅酸蓄电池的电动势硫的浓度函数，与蓄电池中含有的 铅 铅、二氧化铅或硫酸铅的量无关； 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 .
电池电动势:
E =1.655-(-0.300)+ ( )
=1.955+ 1.955 ≈2V左右 2V左右
VRLA蓄电池密封原理
由于充电后期还存在副反应，会导致电解液中H2O的分解， 普通铅酸蓄电池需要定期补水维护。 正负电极的主反应 正 极： 负 极：
PbO2 HSO 3H 2e P百度文库 HSO