一文簡述鉛酸電池

早在1801年，一位名名叫Nicolas Gautherot法國科學家觀察到，在電解測試中，即使主電池斷開，也存在極少量的電流。而在1859年，一位名名叫Gatson的科學家開發(fā)了鉛酸電池，這是第一個通過反向電流進行充電的電池。

這是鉛酸電池的最初版本，后來Camille Alphonse Faure隨后對其進行了許多改進。最終，亨利·都鐸(Henri Tudor)于1886年發(fā)明了實用型鉛酸電池。為此，本文簡單來介紹下鉛酸電池的結(jié)構、工作原理和主要類型。

基本結(jié)構

鉛酸電池屬于可充電電池和二次電池的分類，盡管電池的能量與體積、能量與重量的比例最小，但鉛酸電池具有提供增加的浪涌電流的能力。這對應于鉛酸電池具有大量的功率重量比。

這些是利用過氧化鉛和海綿鉛將化學能轉(zhuǎn)化為電能的電池。這些主要用于變電站和電力系統(tǒng)，因為它們提高了電池電壓水平和最低成本。

在鉛酸電池結(jié)構中，極柱和容器是關鍵部件。下面簡單說明下每個組件的詳細功能，其結(jié)構圖如下所示：

1、容器

容器部件由硬橡膠、鉛涂層木材、玻璃、由瀝青元素制成的硬橡膠、陶瓷材料或鍛造塑料制成，它們放置在頂部以消除任何類型的電解液放電。而在容器底部，有四個肋拱，其中兩個放置在正極板上，另量個放置在負極板上。

另外，棱鏡充當兩個板的底座，此外它還保護板免受短路。用于制造容器的部件應不含硫酸，也不應彎曲或滲透，而且還要不含有任何會導致電解質(zhì)損壞的雜質(zhì)。

2、極柱

鉛酸電池中的極柱以不同的方式構造，并且都由類似類型的網(wǎng)格組成，該網(wǎng)格由活性成分和鉛構成。網(wǎng)格對于建立電流的導電性和將等量的電流傳播到主動組件至關重要。如果分布不均勻，那么主動元件就會松動。

鉛酸電池中的極板有兩種形式，分別是植物板/成型板和浮雕板/粘貼板。

成型板主要用于靜態(tài)電池，重量大，價格昂貴。但它們具有較長的耐用性，即使在連續(xù)充電和放電過程中也不易失去活性成分，并且具有最小的重量比例。

粘貼工藝板多用于制作負極板，而不是正極板。負極主動元件有些復雜，它們在充電和放電過程中經(jīng)歷了輕微的修改。

3、主動組件

主要在充電和放電時積極參與電池中發(fā)生的化學反應過程的成分稱為主動組件，包括：

過氧化鉛——形成一種正極主動組件。

海綿鉛——這種材料形成了負極主動組件。

稀硫酸——主要用作電解質(zhì)。

4、隔板

這些是由多孔橡膠、涂層鉛木和玻璃纖維制成的薄片。隔板位于極柱之間以提供主動絕緣。它們的一側(cè)具有凹槽形狀，而其他邊緣則具有光滑的飾面。

5、電池邊緣

它具有直徑為17.5毫米和16毫米的正邊緣和負邊緣。

工作原理

由于硫酸在電池中用作電解質(zhì)，當它溶解時，其中的分子以SO4 –(負離子)和2H+(正離子)的形式分散，它們將自由運動。當這些電極浸入溶液中并提供直流電源時，正離子將發(fā)生運動并朝著電池負邊緣的方向移動。同理，負離子也會有運動，朝著電池正邊的方向移動。

每個氫離子和硫酸根離子從陰極和陽極收集一個和兩個電子和負離子，它們與水發(fā)生反應。生成氫氣和硫酸。而由上述反應產(chǎn)生的產(chǎn)物與氧化鉛反應并形成過氧化鉛。這意味著在充電過程中;鉛陰極元件本身保持為鉛，而鉛陽極形成為深棕色的過氧化鉛。

當沒有直流電源時，如果在電極之間使用電壓表連接時，它會顯示電極之間的電位差。當電極之間有導線連接時，電流將通過外部電路從負極板流向正極板，這意味著電池具有提供電能形式的能力。

主要類型

鉛酸電池類型主要分為五種，下面依次介紹下。

1、滿液式——這是傳統(tǒng)的發(fā)動機點火式，具有牽引式電池。電解液在電池部分自由移動。使用這種類型的人可以訪問每個電池，當電池干涸時，他們可以向電池加水。

2、密封型——這種鉛酸電池只是對浸沒型電池的一個小改動。盡管人們無法接觸到電池中的每個電池，但內(nèi)部設計幾乎與淹沒型電池相似。這種類型的主要變化是存在足夠量的酸來承受整個電池壽命期間化學反應的平穩(wěn)流動。

3、VRLA型——這些被稱為閥控式鉛酸電池，也稱為密封型電池。數(shù)值控制程序允許在充電時安全釋放O2和H2氣體。

4、AGM型——這是一種吸收玻璃磨砂型電池，允許電解液在極板材料附近停止。這種電池增強了放電和充電過程的性能。這些特別適用于動力運動和發(fā)動機啟動應用。

5、凝膠型——這是一種濕式鉛酸電池，其中該電池中的電解質(zhì)與二氧化硅有關，這會使材料變硬。與其他類型的電池相比，電池的充電電壓值最小，并且它也具有更高的靈敏度。

化學反應

電池中的化學反應主要發(fā)生在放電和再充電過程中。當電池完全放電后，正負極分別為PbO2和Pb。當這些使用電阻連接時，電池會放電，并且電子在充電時具有相反的路徑。H2離子向陽極移動并成為原子。它與PbO2接觸，從而形成白色的PbSO4 。

同樣，硫酸根離子向陰極移動，到達后形成SO4。它與鉛陰極反應，從而形成硫酸鉛。其化學式如下：

PbSO4 + 2H = PbO + H2O

PbO + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O

PbO2 + H2SO4 + 2H = PbSO4 + 2H2O

在再充電過程中，陰極和陽極與直流電源的負邊沿和正邊沿相連。正H2離子向陰極方向移動，它們獲得兩個電子并形成H2原子。它與硫酸鉛發(fā)生化學反應，生成鉛和硫酸。

PbSO4 + 2H2O + 2H = PbSO4 + 2H2SO4

兩個過程的組合方程表示如下圖所示：

注意：這里向下的箭頭表示放電，向上的箭頭表示充電過程。

生命周期

鉛酸電池的最佳功能溫度為25°C，即77°F。溫度范圍的增加會縮短使用壽命。根據(jù)規(guī)則，溫度每升高80°C，電池的半衰期就會縮短。而在25°C下工作時鉛酸電池壽命為10年。而當在33°C下運行時，它的壽命只有5年。

主要應用

鉛酸電池的應用非常的廣泛，下面簡單列舉一部分，如下：

用于應急照明，為污水泵提供電力。

用于電動機。

潛艇。

核潛艇。

總結(jié)

鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。它具有價格便宜、組成簡單、再生利用、性能穩(wěn)定、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢特點，因而被廣泛的應用。