基本概念 一、蓄电池 (一)基本定义 1、电能可由多种形式的能量变化得来,其中把化学能转换成电能的装置叫化学电池,一般简称为电池,电池有原电池和蓄电池之分。 电后不能用充电的方式使内部活性物质再生的叫原电池,也称一次性电池。 3、放电后可以用充电的方式使内部活性物质再生,把电能储存为化学能,需要放电时再次把化学能转换为电能的电池,叫蓄电池,也称二次电池。 (二)、常用技术术语 1、充电:蓄电池从其他直流电源获得电能叫做充电。 2、放电:蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。 3、浮充放电:蓄电池和其他直流电源并联,对外电路输出电能叫做浮充放电。有不间断供电要求的设备,起备用电源作用的蓄电池都处于该种放电状态。 4、电动势:外电路断开,即没有电流通过电池时在正负极间量得的电位差,叫电池的电动式。 5、端电压:电路闭合后电池正负极间的电位差叫做电池的电压或端电压 6、安时容量:电池的容量单位为安时,即: 电池容量Q(安时)=I放×t放 I放为放电电流(安) t放为放电时间(小时) 7、电量效率(安时效率):输出电量与输入电量之间的比叫做电池的电量效率,也叫作安时效率。 电量效率(%) =(Q放÷Q充)×100% =(I放×t放)÷(I充×I充)×100% Q放和Q充分别是放电和充电容量(安时 8、自由放电:由于电池的局部作用造成的电池容量的消耗。容量损失搁置之前的容量之比,叫做蓄电池的自由放电率 自由放电率(%)= (Q1-Q2)÷Q1×100% Q1为搁置前放电容量(安时) Q2为搁置后放电容量(安时) 9、使用寿命:蓄电池每充电、放电一次,叫做一次充放电循环,蓄电池在保持输出一定容量的情况下所能进行的充放电循环次数,叫做蓄电池的使用寿命。 二、铅酸蓄电池 (一)定义 铅酸蓄电池是是蓄电池的一种,主要特点是采用稀硫酸做电解液,用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。 (二)分类: 1.按蓄电池极板结构分类:有形成式、涂膏式和管式蓄电池。 2.按蓄电池盖和结构分类:有开口式、排气式、防酸隔爆式和密封阀控式蓄电池。 3.按蓄电池维护方式分类:有普通式、少维护式、免维护式蓄电池。 4.按我国有关标准规定主要蓄电池系列产品有: 1). 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照明。 2). 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。 3).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。 4).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。 5).内燃机车用蓄电池(N):主要供内燃机车启动和照明用。 6).摩托车蓄电池(M):主要用于各种规格摩托车起动和照明。 7).航空用电池(HK):用于飞机启动、照明、通信。 | 8).潜艇用电池(JC):用于潜艇水下航行的动力、照明、电器设备。 9).坦克用电池(TK):用于坦克的启动、用电设备、照明。 10).矿灯用电池(K):供井下矿工安全帽上的矿灯照明。 11.)航标用电池(B):航道夜间航标照明。 12.)其他用途电池:大小容量不一,放电率多样,如摄像机、闪光灯、应急灯、风力发电电能储存等。 (三)型号含义: 根据JB2599-85部颁标准,我国铅酸电池型号分为三段,其安排和含义如下: 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,段可以省略。 电池的类型是根据主要用途划分,代号用汉语拼音个字母,如下:
汉语拼音字母 |
含义 |
汉语拼音字母 |
含义 |
表示电池用途的字母 |
Q |
启动用 |
表示电池特征的字母 |
A |
干荷电式 |
G |
固定用 |
F |
防酸式 |
D |
电池车 |
FM |
阀控式 |
N |
内燃机车 |
W |
无需维护 |
T |
铁路客车 |
J |
胶体电液 |
M |
摩托车用 |
D |
带液式 |
KS |
矿灯酸性 |
J |
激活式 |
JC |
舰船用 |
Q |
气密式 |
B |
航标灯 |
H |
湿荷式 |
TK |
坦克 |
B |
半密闭式 |
S |
闪光灯 |
Y |
液密式 |
例:6QA-120 表示有6个单体电池(12伏),启动用电池,装有干式荷电击板,20小时率额定容量为120安时。 (四)基本构造
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1、硬橡胶槽 2、负极板 3、正极板 4、隔板 5、鞍子 6、汇流排 7、封口胶 8、电池槽盖 9、连接条 10、极柱 11、排气拴 |
电解液 电解液是蓄电池的重要组成部份,它的作用是传导电流和参加电化学反应 电解液是由浓硫酸和净化水(去离子水)配制而成的,电解液的纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。
工作原理 1、铅酸蓄电池电动势的产生
·铅酸蓄电池充电后,正极板是二氧化铅(PbO2)在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质——氢氧化铅(Pb(OH)4),氢氧根离子在溶液中,铅离子(Pb+4)留在正极板上,故正极板上缺少电子。 ·铅酸蓄电池充电后,负极板是铅(Pb),与电解液中的硫酸(H2SO4)发生反应,变成铅离子(Pb+2),铅离子转移到电解液中,负极板上留下多余的两个电子(2e)。 |
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·可见,在未接通外电路时(电池开路),由于化学作用,正极板上缺少电子,负极板上多余电子如右图所示,两极板间就产生了一定的电位差,这就是电池的电动势。 2、铅酸蓄电池放电过程的电化反应
铅酸蓄电池放电时,在蓄电池的电位差作用下负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反应。 负极板上每个铅原子放出两个电子后,生成的铅离子(Pb+2)与电解液中的硫酸根离子(SO4-2)反应,在极板上生成难溶的硫酸铅(PbSO4)。
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正极板的铅离子(Pb+4)得到来自负极的两个电子(2e)后,变成二价铅离子(Pb+2),与电解液中的硫酸根离子(SO4-2)反应,在极板上生成难溶的硫酸铅(PbSO4)。正极板水解出的氧离子(O-2)与电解液中的氢离子(H+)反应,生成稳定物质水。 电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极,在电池内部形成电流,整个回路形成,蓄电池向外持续放电。 放电时H2SO4浓度不断下降,正负极上的硫酸铅(PbSO4)增加,电池内阻增大(硫酸铅不导电),电解液浓度下降,电池电动势降低。 化学反应式为: 正极活性物质 电解液 负极活性物质 正极生成物 电解液生成物 负极生成物 PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 2H2O + PbSO4 二氧化铅 稀硫酸 铅 硫酸铅 水 硫酸铅 3、铅酸蓄电池充电过程的电化反应
充电时,应在外接一直流电源(充电极或整流器,使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质,并把外界的电能转变为化学能储存起来。 在正极板上,在外界电流的作用下,硫酸铅被离解为二价铅离子(Pb+2)和硫酸根负离子(SO4-2),由于外电源不断从正极吸取电子,则正极板附近游离的二价铅离子(Pb+2)不断放出两个电子来补充,变成四价铅离子(Pb+4),并与水继续反应,最终在正极极板上生成二氧化铅(PbO2)。
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在负极板上,在外界电流的作用下,硫酸铅被离解为二价铅离子(Pb+2)和硫酸根负离子(SO4-2),由于负极不断从外电源获得电子,则负极板附近游离的二价铅离子(Pb+2)被中和为铅(Pb),并以绒状铅附着在负极板上。 电解液中,正极不断产生游离的氢离子(H+)和硫酸根离子(SO4-2),负极不断产生硫酸根离子(SO4-2),在电场的作用下,氢离子向负极移动,硫酸根离子向正极移动,形成电流。 充电后期,在外电流的作用下,溶液中还会发生水的电解反应。
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化学反应式为: 正极物质 电解液 负极物质 正极生成物 电解液生成物 负极生成物
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 PbO2?? + 2H2SO4 + Pb 硫酸铅 水 硫酸铅 氧化铅 硫酸 铅
关于硫化 一、极板硫酸盐化的现象如下 硫酸盐化电池在正常放电时,比其它正常电池的容量明显降低。 电解液密度下降低于正常值,而且是长时期落后。 充电过程中电压上升很快,高达2.9伏/单格左右(正常值在2.7伏单格左右),而在放电过程 中电压降低很快,1~2小时内就降低到1.8伏左右(10小时率放电)。 充电过程中冒气泡过早。 极板颜色和状态不正常。正极板呈浅褐色(正常为深褐色),极板表面有白色硫酸铅斑点,负极板呈灰白色(正常为灰色),用手指触摸极板表面时感觉到有粗大颗粒的硫酸铅结晶,并且极板发硬。 二、极板硫酸盐化的现象产生的原因 正常蓄电池在放电后,正负极板上的活性物质,大都变为松软硫酸铅的小结晶,均匀地分布在极板中,在充电时容易恢复成原来的二氧化铅和海绵状铅,这是一种正常地硫酸化作用。 由于电池使用不当,长期充电不足,或半放电状态,过量放电或放电后不及时充电,内部短路电解液密度过高,温度高,液面低使极板外露等问题,导致电池内化学反应不正常发生,在极板上形成了粗大的硫酸铅结晶,这种结晶导电性差,体积大,还会堵塞极板的微孔,妨碍电解液的渗透作用,增大了电池内阻,在充电时很难恢复,成为不可逆硫酸铅,使极板中参加电化学反应的活性物质减少,因此电池容量大大降低,这就是常说的电池硫化现象。 三、我们的技术优势 我们技术的主要优势在于向硫化蓄电池内注入活化剂,活化剂与硫酸铅晶体发生一定的化学反应,使原本很难分解的硫酸铅晶体部分分解,建立基本的离子通道。其他难以分解的硫酸铅晶体能够在激活电流的作用下容易的恢复成活性物质。 在我们活化剂的改性、保护下,能够使蓄电池随高于标准充电电流的激活电流而不造成损坏。 我们的活化仪在提供恒流活化电流的同时,能自动提供瞬时脉冲对电池进行活化。 我们的技术对绝大多数因硫化现象报废的蓄电池有显著得效果,用我们技术恢复的蓄电池基本可以达到原来的满容量并可在正常维护情况下再使用一个周期。 显微镜照片:
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硫酸铅结晶的极板 |
经本技术复原后的极板 | |