铅酸蓄电池的容量

铅酸蓄电池的容量

（一）电池的容量和活性物质的利用率

在一定的放电条件下,可以从电池中获得的电量称为电池的容量,以符号C表示,单位是W·h或A·h,W·h表示电池做功的能力,A·h表示电池输出的电量｡铅酸蓄电池的容量愈大,该电池能输出的电量就愈多,做功的能力也愈强｡

电池的容量可分为理论容量､额定容量､实际容量｡相对应的电池比容量也有理论比容量､额定比容量､实际比容量｡理论容量是依据活性物质的量按法拉第定律计算求得的极板上活性物质全部用于放电时的电量,实际上是不可能的;额定容量(也称标称容量或保证容量)是指国家或有关部门颁布的标准,保证电池在一定放电条件下应该放出的最低容量;实际容量总低于理论容量,因为不可能全部的活性物质都参与反应｡

实际容量等于放电电流与放电时间的乘积,计算公式为:

C=∫t0I(t)dt

式中,C为电池输出的容量(A·h)｡蓄电池用恒定电流进行放电是实验室放电的主要方式,上式可简化为：

C=It

由于各种原因,限制电极活性物质不能够百分之百地放电,例如前面的终止电压｡当电池的输出电压降到最低工作电压,电压再降低,用电器就不再工作,蓄电池要及时充电｡这就说明电极上的活性物质没有全放电,利用率没有达到100%｡活性物质的利用率还和放电条件､温度和放电电流的大小有关｡电极活性物质利用率为电极实际放出的容量占电极的理论容量的百分比｡为了对不同大小的电池进行比较,引入比容量的概念,有质量比容量和体积比容量｡

一般电池的输出能量用下列方程式表述:

E=∫t0U(t)I(t)dt

式中,E为电池输出的能量(W·h);U为电压(V);I为放电电流(A);t 为放电时间(h)｡

电池的输出能量也可表示为容量与平均电压的乘积｡

（二）影响铅酸蓄电池实际容量的因素和提高方法

1.影响因素影响铅酸蓄电池实际容量的因素如下｡

(1)放电制度,指放电速率､放电形式､终止电压和温度,高速率和低温环境下放电时,会减少电池输出的容量｡

(2)电极的结构,包括电池极板的高宽比例､厚度､空隙率和导电栅网的形式｡

(3)制造工艺,包括电池极板的铅膏配比､隔板的压缩比例､硫酸电解液密度和初始充电制度等｡

(4)放电率,常用倍率和小时率表示｡小时率是以放电时间表示的放电速率,即某电流放电至规定终止电压所经历的时间,假设某电池额定容量是20A·h,若在20h率的情况下放电,则电流应该为

10/20=0.5A｡倍率是指电池放电电流的数值为额定容量数值的倍数,电池放电倍率越高,放电电流就越大,放电时间就越短,放出的相应容量也就越少,例如放电电流表示为0.1C,对于容量是10A·h的电池,则放电电流为0.1×10=1A,3C就是以3A的电流放电｡下图为放电率对蓄电池容量的影响,由曲线可以看出,随着C/20到C/1放电率的增大,电池容量在减小｡

(5)放电电流｡放电电流越大,蓄电池的容量就越低｡因为放电电流越大,单位时间所消耗的硫酸越多｡极板空隙内由于硫酸消耗较快造成空隙内电解液密度下降较快,故大电流放电时,极板表面活性物质的空隙极易被生成的硫酸铅堵塞,使空隙内实际参加电化学反应的活性物质的数量下降,随着放电电流的增大,蓄电池的容量减小｡因发动机启动时属于大电流放电,如果长时间接通启动机,就会使蓄电池的端电压急速下降至终止电压,输出容量减小,且使蓄电池过早损坏｡故在使用启动机启动发动机时,一次启动时间不应超过5s,连续两次启动时间间隔15s以上,使电解液充分渗透到极板空隙内层,以提高极板空隙内活性物质的利用率和再次启动的端电压,延长蓄电池的使用寿命｡

(6)终止电压,指电池放电时电压下降到不能再继续放电时的最低工作电压｡一般在高倍率､低温条件下放电时,终止电压要低一些｡VRLA电池10h率的终止电压为1.8V/单体｡由于VRLA电池本身的特性,即使放电的终止电压继续降低,电池也不会放出太多的电量,但是终止电压过低会对电池造成损伤,会降低电池的使用寿命｡

(7)温度｡同一系列的电池,以相同的放电率在一定环境下进行放电,放电容量随温度升高而升高,随温度降低而降低｡按国际标准,VRLA 电池放电时,若温度不是标准温度25℃,则需要把实测容量换算成标准温度的实际容量｡环境温度和电池容量关系的计算公式为：Ce=Cr/[1+k(T-25)]

式中,Ce为标准温度下电池放电的容量;Cr为非标准温度下电池放电容量;T为环境温度;k为温度系数,10h率容量实验时为0.006℃-1,3h率容量实验时为0.008℃-1,1h率容量实验时为0.01℃-1｡

不断提高电池的比容量和比能量的措施如下:

①采用新型板栅合金材料或高强度的轻物质作为铅酸蓄电池的板栅材料,以减小极板质量,如复合铅布板栅､铅网､泡沫铅､泡沫石墨板栅等;

②采用新型结构设计,如水平式､双极性､卷绕式;

③采用新型添加剂和铅膏配方提高活性物质的利用率｡电解液温度较低时,其黏度增大,致使渗透力下降､容量降低｡此外,温度越低,电解液的溶解度与黏度也越低,则加剧了容量的下降｡温度每下降1℃,容量下降约1%(小电流放电)或2%(大电流放电)｡因此,适当提高蓄电池的温度,将有利于提高蓄电池的容量及启动性能｡在寒冷地区冬季启动汽车时,低温和大电流放电是造成启动困难的原因之一｡

(8)电解液的相对密度｡适当地增加电解液的相对密度,可减小内阻,有利于提高电解液的渗透能力,使蓄电池的容量增加｡但相对密度较高时,由于电解液的黏度增加使内阻增加,引起渗透能力降低从而导致容量下降｡此外,电解液相对密度较高时易造成极板硫化而导致容量下降｡实践证明,电解液相对密度偏低,有利于提高放电电流和容

量,延长蓄电池的使用寿命｡故冬季在电解液不会结冰的前提下,也应

尽可能采用相对密度稍低的电解液｡

2.提高实际电容量的方法

提高铅酸蓄电池的实际容量,主要采取以下措施｡

1)增加活性物质量参加反应的活性物质量的多少与极板的厚度

有关,由于小电流长时间放电时,电解液能够渗透到极板深层的活性物质空隙中,活性物质利用率高,放电容量就大｡相反,在短时间里,放电

电流过大,极板表面生成的硫酸铅容易堵塞活性物质的孔隙,导致极板深层活性物质得不到电解液的及时补充而终止放电｡因此,采用大电

流短时间放电,放电容量取决于极板面积的大小｡

2)改变活性物质空隙率活性物质中孔洞所占的总体积(容积)与

活性物质总体积(容积)之比,叫活性物质的空隙率(孔度)｡根据定义可知,活性物质的空隙率越大,实际孔洞就越多,活性物质就越少｡虽然空隙率越大,电解液与活性物质接触面积越大,电池放电量越大,但是因

为孔洞太多,活性物质就会减少,电池的放电量反而减小｡所以,一定存在一个最佳的空隙率,一般情况下正极板空隙率为55%,负极板为60%｡另外,当活性物质组成中二氧化铅的β-PbO2多时,放电容量就大｡

3)改变电解液的温度､密度和放电电流电解液密度和纯度都对铅酸蓄电池的容量有影响｡温度低,硫酸电解液的黏度和电阻都增大,扩

散困难,浓度差急剧增加,电阻增大,使活性物质内部的化学反应难以