铅酸蓄电池原理讲解

时间: 2019-10-09 20:39    来源: 未知   
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  铅酸蓄电池原理讲解_兵器/核科学_工程科技_专业资料。作用:是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出 电能并可随时向负载供电。 太阳能光伏发电 系统对蓄电池的基 本要求是: ①使用寿命长; ②自放电率低; ③深放电能力强; ④充电效率高; ⑤少维护或免维护;

  作用:是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出 电能并可随时向负载供电。 太阳能光伏发电 系统对蓄电池的基 本要求是: ①使用寿命长; ②自放电率低; ③深放电能力强; ④充电效率高; ⑤少维护或免维护; ⑥工作温度范围宽; ⑦价格低廉。 一、铅酸蓄电池的发展 铅酸蓄电池是1859年卡斯通和普朗特(Gaston&Plante) 发明的。 他们用两片铅片作电极,中间隔以橡皮卷成的细螺旋 作隔板,浸在10%的硫酸(H2SO4)溶液(密度1.06g/cm3)中, 构成一个铅酸蓄电池。 1906年,普朗特向法国科学院提交了一个由9个单体电 池构成的铅酸蓄电池,这是世界上第一个铅蓄电池—— 普朗特电池。 由于它的主要原料是铅和酸,因而称为铅酸蓄电池或 简称为铅蓄电池。 但普朗特电池存在着电极活性物质利用率低、化成 时间相当长、电池放电容量不大等问题,所以没有获得 工业上的应用。 铅的氧化物和硫酸混合可制成膏剂——铅膏,涂在铅 片上可大大缩短化成时间,电极利用率和电池放电容量 也大为提高。 1881年,富尔(Faure)发明了涂膏式极板,但它的一个 严重缺陷是铅膏容易从铅板上脱落。 1881年末,有人提出了栅形板栅的设计,即将整体的平 面铅板改成多孔板栅,将铅膏塞在小孔中。这种极板在 保持活性物质不脱落方面比整体平面铅板好。 1882年,以铅锑合金(Pb—Sb)作板栅,增强了硬度。 铅粉、铅膏、合金板栅作为现代铅酸蓄电池极板结构 就此确定下来。 板栅的制造 传统的浇铸方式是将熔融的铅液注入板栅模具中铸造而成。 一般是一次铸成2片板栅,因凝固时间长,生产效率低下。另 外,1mm以下的薄型板栅铸造成形有一定的难度。但这种模 具也有体积小、便于倒班、成本低、设计灵活等优势。 1910年开始,铅酸蓄电池生产得到充分发展。 原因:一是汽车数量的快速增长,希望能尽快提上日程。东方新经马。带动了用于启动、 照明和点火的蓄电池的发展;其次是电话业采用铅酸蓄 电池作为备用电源,并要求安全可靠又能使用多年,使 得蓄电池开始广泛用于汽车、铁道、通信等工业。 1957年原西德阳光公司制成胶体密封铅酸蓄电池并投 入市场,标志着实用的密封铅酸蓄电池的诞生。 1971年美国Gates公司生产出玻璃纤维隔板的吸液式电 池,这就是阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA电池)。 VRLA电池商业化应用30年来,尽管出现过一些问题, 如漏液、早期容量损失、寿命短等,曾一度引起人们的 怀疑,但经过多年的努力,其设计技术有了很大的发展, 并沿用至今。 二、VRLA电池的结构和原理 (一)结构 负极板 隔板 正极板 壳体 壳体采用耐酸、耐热和耐 震的硬橡胶或聚丙稀塑料制 成整体式结构,壳体内分成 6个互不相通的单格,每个 单格内装有极板组和电解液 组成一个单格的蓄电池。 壳体的底部有凸起的筋, 用来支撑极板组,并使极板 上脱落下来的活性物质落入 凹槽中,防止极板短路。 (二)主要零部件及作用 (1)极板(板栅 ):以铅锑合金为骨架,上面紧密地涂上 铅膏,经过化学处理后,正、负极板上形成各自的活性 物质,正极的活性物质是PbO2,负极的活性物质是海绵 铅,在成流过程中,负极被氧化,正极被还原,负极板 一般为深灰色,正极板为暗棕色。 (2)隔板:隔板有水隔板、玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔 板、塑料隔板等,隔板的作用是储存电解液,气体通道, 使正、负极间的距离缩到最小而互不短路;隔板可以防 止极板的弯曲和变形,防止活性物质的脱落,要起到这 些作用,就要求隔板具有高度的多孔性、耐酸、不易变 形、绝缘性能要好,并且有良好的亲水性及足够的机械 强度。 (3)电解液:铅酸蓄电池一律采用硫酸电解质,深业集团携43园惊艳亮相房博会 智慧园区运营助力产业升级,是电化 学反应产生的必需条件。 对于胶体蓄电池,还需要添加胶体,以便与硫酸凝胶 形成胶体电解质,此时硫酸不仅是反应电解质,还是胶 体所需的凝胶剂。一定浓度的硫酸配比一定浓度的硅凝 胶,即成为软固体状的硅胶电解质。碱性蓄电池的电解 液是22%~40%浓度的氢氧化钾溶液。 (4)电池槽及槽盖:蓄电池外壳,它为整体结构,壳内 由隔壁分成三格或六格互不相通的单格;其底部有突起的 肋条,用来搁置极板组;肋条间的空隙用来堆放从极板上 脱落下来的活性物质,以防止极板短路。槽的厚度及材料 直接影响到电池是否鼓胀变形。外壳材料一般是用橡胶或 工程塑料,如PVC或ABS槽盖。 (三)基本反应原理 当用连有电流计的导线连接两极 时,可以观察到三个重要的现象: Zn棒逐渐溶解,铜棒上有气体溢 出,导线中有电流流过 此反应的实质是: Zn 2H++2e- 组成蓄电池需要有两个条件: Zn2++2e- (氧化反应) H2 (还原反应) 一是必须把化学反应中失去电子的过程(氧化过程)和得到 电子的过程(还原过程)分割在两个区域进行; 二是物质在进行转变的过程中,电子必须通过外线路。 铅酸蓄电池的工作原理: 包括放电过程和充电过程。 (1)放电过程 负极板:一方面铅板有溶于电解液的倾向,因此有少量铅 进入溶液生成Pb2+(被氧化)而在极板带负电;另一方面, 由于Pb2+带正电荷,极板带负电荷,正、负电荷又要相 互吸引,这时Pb2+离子又有沉附于极板的倾向。这两者 达到动态平衡时,负极板相对于电解液具有负电位,其 电极电位约为-0.1V。 Pb2+和电解液中解离出来的SO42- 发生反应,生成PbSO4,且PbSO4 的溶解度很小,所以生成后从溶液 中析出,附着在电极上,反应式为: 2H2SO4 Pb - 2e- Pb2++ SO42- 4H++2 SO42Pb2+ PbSO4 生成正P极b(放O电H)时4;有而少它量不P稳bO定2进,入又电很解快液电与解H成2O为发Pb生4+作和用OH,-, Pb4+沉附在正极板上,使正极板具有正电位,达到动态平 衡时,其电极电位约为+2.0V。 当Pb4+沉附到正极板上时,这时通过外线-发生反应


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