铅酸蓄电池(精)

时间: 2019-10-08 21:29    来源: 未知   
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  第三章 铅酸蓄电池 ? 学时:5学时 ? 主要内容: ? ? ? ? ? ? 铅酸电池概述 热力学原理 二氧化 铅正极 铅负极 铅酸电池的电性能 铅酸电池制作工艺 ? 本章重点: ? 蓄电池:工作原理 ? 正极:板栅的腐蚀和变形 ? 负极:钝化;负极添加剂;负极极板的 不可逆硫酸化 ? 制造工艺:与原电池相比蓄电池制造工 艺的复杂性,活性物质的制备、极板的 化成。 一、概述 ? 铅酸蓄电池的组成、用途及发展 (?) Pb H2SO4 PbO2 (?) Pb + PbO2 +2H2SO4 ? 2PbSO4 +2H2O ? 蓄电池(二次电池): 1. 电池的放电产物可借助于通反向直流电流 的方法使其复原. 2. 其充放电过程是一个电能和化学能相互转 换的过程. ? 一个电池体系满足哪些条件才能作为蓄电池? 1. 电池反应可逆; 2. 只能采用一种电解质溶液 ; 3. 电池放电时固体产物难溶解于电解液中. ? 铅酸蓄电池的标称电压是2V,理论比能量是 166.9Wh/kg,实际比能量为35~45Wh/kg ? 铅酸蓄电池的主要用途 1. 2. 3. 4. 启动用铅酸蓄电池 固定型铅酸蓄电池 蓄电池车用电池(牵引型铅酸蓄电池) 便携设备及其他设备用铅酸蓄电池 ? 铅酸蓄电池的发展历史和趋势 发展历史: 涂膏式极板、铅锑板栅合金、管状电极、铅钙板 栅合金、胶体电解液及阀控式铅酸蓄电池 趋势: 1. 要求蓄电池是免维护型的,更便于使用; 2. 进一步提高电池的比能量; 3. 进一步提高电池的比功率; 4. 进一步提高电池的循环寿命 ? 铅酸蓄电池的优缺点 优点: 1. 原料易得,价格相对低廉; 2. 高倍率放电性能良好; 3. 温度性能良好,可在-40~+60℃的环境下工作; 4. 适合于浮充电使用,使用寿命长,无记忆效应; 5. 废旧电池容易回收,有利于保护环境. 缺点: 1. 比能量低,一般为30~40Wh/kg; 2. 使用寿命不及Cd/Ni电池; 3. 制造过程容易污染环境,必须配备三废处理设备. 二、铅酸蓄电池的热力学基础 ? 电池反应、电动势及电极电势 双硫酸盐理论 Pb + PbO2 +2H2SO4 ? 2PbSO4 +2H2O 1. 对放电前后活性物质的物相分析 2. 对电解液浓度变化的精确测量 ?电极反应 HSO-4 ? H+ ? SO24 K2 ? 1.2 ?10?2 c(SO2?2 + 4 ) lg ? lg(1.2 ? 10 ) ? lg c (H ) ? ?1.92 ? pH c(HSO4 ) 电解液中存在的离子大部分是H+和HSO4- . + Pb + HSO-2e ? PbSO +H 4 4 ? ? =-0.300V ? PbO2 +3H+ + HSO+2e ? PbSO +2H O ? =1.655V 4 4 2 RT a(H 2SO4 ) E ? ? (PbO2 /PbSO4 ) ? ? (PbSO4 / Pb) ? ln F a(H 2O) ? ? 1. 铅酸蓄电池的电动势只与酸的浓度有关,与蓄 电池中含有的铅、二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 . E ? 酸密度g/cm3 ? 0.84 ? 铅酸蓄电池正常工作的条件 1. 电极反应可逆; 2. 氢气和氧气在电极上具有较高的过电位才有可能 使电池正常充放电; 3. 放电产物PbSO4在H2SO4水溶液中的溶解度较低。 三、二氧化铅电极 活性物质PbO2:疏松的多孔体 板栅:Pb合金铸造成的栅栏片状物体 ? 活性物质PbO2 ? PbO2 +3H+ + HSO+2e ? PbSO +2H O ? =1.655V 4 4 2 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. 中间步骤是溶液中的Pb2+进行氧化还原反应。 ? PbO2的结晶变体及其特性 结构 形成条件 电化学活性 α-PbO2 尺寸较大、颗粒较硬,在 弱酸性及碱 正极活性物质中可以形成 性溶液中, 斜方晶系 网络或骨骼,使电极具有 pH大约2~3 较长的寿命;但容量较低, 以上 同时易向β-PbO2转化 强酸性溶液 正方晶系 中,pH在2~ 3以下 β-PbO2 更稳定些;容量更高 ? 正极板栅的腐蚀 ? 正极板栅腐蚀的原因 正极板栅中的Pb和其他成分如Sb处于热力学不稳 定状态 ? 铅的阳极腐蚀机理 ? 正极板栅的长大 1. 正极板栅的长大是由于其表面氧化膜的生成 造成的 2. 正极板栅长大的后果是其线性尺寸增加、弯 曲以及个别筋条的断裂,从而造成板栅的破 坏和电池正极板栅在使用过程中的变形称为 板栅的长大 3. 寿命的终止 四、铅负极 ? 铅负极的反应机理 Pb ? Pb ? 2e 2+ Pb ? HSO ? PbSO4 ? H 2+ 4 + ? 铅负极的钝化 ? 铅负极钝化的原因 ? 影响因素 ? 铅负极活性物质的收缩 ? 铅负极的添加剂 ? 无机类添加剂:炭黑、BaSO4 ? 有机类添加剂:木素、腐殖酸 ? BaSO4的作用机理 1. BaSO4与PbSO4的晶格参数非常接近; BaSO4在 负极中高度分散 2. 放电时:BaSO4是PbSO4的结晶中心, 降低 PbSO4结晶时的过饱和度、使生成的PbSO4覆盖 金属铅的可能性减小→推迟负极的钝化 3. 充电时:使生成的海绵状铅具有高度的分散 性→防止其收缩 ? 有机添加剂的作用机理 1. 吸附在活性物质上,降低电极/溶液界面的自 由能→阻止海绵状铅表面的收缩 2. 吸附在铅上,增加PbSO4 在铅上的结晶中心生 成能→推迟负极的钝化 3. 有机添加剂的选择得当 ? 铅负极的不可逆硫酸盐化 ? 活性物质在一定条件下生成坚硬而粗大的PbSO4, 它不同于正常放电时生成的PbSO4,几乎不溶解。 因此在充电时不能转化为活性物质,造成电池容量 减小 ? 常常是在电池组长期充电不足或过放电状态下长期 储存形成的 ? 硫酸盐化的根本原因一般认为是PbSO4的重结晶 ? 防止措施 ? 发生硫酸盐化后的处理方法 五、铅酸蓄电池的电性能 ? 铅酸蓄电池的充放电特性 ? 铅酸蓄电池的容量及其影响因素 ? 电池容量主要取决于活性物质的数量及其利用率 ? 活性物质的利用率与放电制度、电极和电池的结 构、制造工艺等有关 ? 铅酸蓄电池的失效模式与循环寿命 ? 失效模式 ①正极板栅的腐蚀与长大 ②正极活性物质的软化、脱落 ③负极的不可逆硫酸盐化 ④早期容量损失 ? 影响电池循环寿命的外在因素 ①放电深度 ②过充电程度 ③电解液浓度及温度 ? 铅酸蓄电池的荷电保持能力 ? 负极的自放电反应 1. 氢的析出反应 Pb + H2SO4 ? H2 + PbSO4 1 Pb + O 2 ? PbO 2 2. 氧的还原反应 3. 正极板栅合金组分向负 极的迁移 ? 正极的自放电反应 1. 氧气的析出 1. 铅腐蚀 1 PbO 2 + H 2SO 4 ? O 2 + PbSO 4 + H 2O 2 PbO 2 + H 2SO 4 + 2H + + 2e ? PbSO 4 + 2H 2 O Pb + H 2 O ? PbO + 2H + + 2e PbO 2 + Pb + H 2SO 4 ? PbO + PbSO 4 + H 2 O ? 铅酸蓄电池的低温充电接受能力 ? 铅酸电池在低温下的充电效率很低,原因是什么? ? 为什么低温下正极的充电接受能力比负极好? 六、铅酸蓄电池制造工艺 负极板栅浇铸 淋酸、压板 表面干燥 铅粉制备 和膏 涂膏 正极板栅浇铸 极板固化 干燥 电池装配 极板化成 ? 板栅制造 ? 板栅的作用 ? 对板栅的要求 ? 板栅合金的选择 ? 铅粉制造 ? 铅粉的制备方法 ? 铅膏的配制 ? 进行的化学反应 PbO + H2O ? Pb(OH)2 1/2O2 + Pb ? PbO Pb(OH)2 + H2SO4 ? PbSO4 + H2O PbO + PbSO4 ? PbO PbSO4 PbO ? PbSO4 + 2PbO + H2O ? 3PbO ? PbSO4 ? H2O 铅膏主要为硫酸铅和氧化铅的混合物, 含有8%-12%的硫酸铅。 ? 极板化成 用通入直流电的方法使正极板上的活性物质发 生电化学氧化(生成PbO2),同时负极板上的活 性物质发生电化学还原(生成海绵状铅),这 个过程称为化成. ? 化成时极板上的反应 1. 中和反应 PbO + H 2SO4 ? PbSO4 + H 2O 3PbO ? PbSO4 + 3H 2SO4 ? 4PbSO4 + 3H 2O PbO ? PbSO4 + H 2SO4 ? 2PbSO4 + H 2O 2. 电化学反应 正极 PbO + H 2 O ? ? ? PbO 2 + 2H + +2e 23PbO ? PbSO 4 + 5H 2O ? 4? ? PbO 2 + 10H + + SO 4 + 8e 2PbO ? PbSO 4 + 3H 2O ? 2? ? PbO 2 + 6H + + SO 4 + 4e 负极 PbO + 2H + +2e ? Pb + H 2 O 23PbO ? PbSO4 + 6H + + 8e ? 4Pb + SO4 + 3H 2 O PbSO4 + 2e ? Pb + SO24 ? 电池装配 正极 隔膜 负极 灌注封口剂 焊端子 热封盖 焊极群 入电池壳 装电池盖碎片化时代如何高效阅读?试试这4个稍白小姐中特网开奖直播


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