介紹鉛酸蓄電池工作的原理及性能指數(shù)
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2021-07-16 16:32
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鉛酸蓄電池工作的原理
鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理就是充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能在電池內(nèi)儲(chǔ)存起來，放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供給外系統(tǒng)。其充電和放電過程是通過電化學(xué)反應(yīng)完成的，電化學(xué)反應(yīng)式如下：
從上面反應(yīng)式可看出，充電過程中存在水分解反應(yīng)，當(dāng)正極充電到70％時(shí)，開始析出氧氣，負(fù)極充電到90％時(shí)開始析出氫氣，由于氫氧氣的析出，如果反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能重新復(fù)合得用，電池就會(huì)失水干涸；對(duì)于早期的傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池，由于氫氧氣的析出及從電池內(nèi)部逸出，不能進(jìn)行氣體的再復(fù)合，是需經(jīng)常加酸加水維護(hù)的重要原因；而閥控式鉛酸蓄電池能在電池內(nèi)部對(duì)氧氣再復(fù)合利用，同時(shí)抑制氫氣的析出，克服了傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池的主要缺點(diǎn)。
· 鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理
鉛酸蓄電池采用負(fù)極活性物質(zhì)過量設(shè)計(jì)，AG或GEL電解液吸附系統(tǒng)，正極在充電后期產(chǎn)生的氧氣通過AGM或GEL空隙擴(kuò)散到負(fù)極，與負(fù)極海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)變成水，使負(fù)極處于去極化狀態(tài)或充電不足狀態(tài)，達(dá)不到析氫過電位，所以負(fù)極不會(huì)由于充電而析出氫氣，電池失水量很小，故使用期間不需加酸加水維護(hù)。閥控式鉛酸蓄電池氧循環(huán)圖示如下：
可以看出，在鉛酸蓄電池中，負(fù)極起著雙重作用，即在充電末期或過充電時(shí)，一方面極板中的海綿狀鉛與正極產(chǎn)生的O2反應(yīng)而被氧化成一氧化鉛，另一方面是極板中的硫酸鉛又要
接受外電路傳輸來的電子進(jìn)行還原反應(yīng)，由硫酸鉛反應(yīng)成海綿狀鉛。
鉛酸蓄電池的性能指數(shù)有哪些？
鉛酸蓄電池的性能指數(shù)基本上有以下6個(gè)：
開路電壓與工作電壓
1．1開路電壓
電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池的正極的電極電勢與負(fù)極電極電勢之差。
1．2工作電壓
工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。
電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過電位的存在，電池的工作電壓低于開路電壓。
2 容量
電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡稱安時(shí)(Ah)或毫安時(shí)(mAh)。電池的容量可以分為理論容量，額定容量，實(shí)際容量。
理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為Ah/1或Ah/kg。
實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為Ah，其值小于理論容量。
額定容量也叫保證容量，是按國家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。
3 能量
電池的能量是指在一定放電制度下，蓄電池所能給出的電能，通常用瓦時(shí)(Wh)表示。
電池的能量分為理論能量和實(shí)際能量。理論能量W理可用理論容量和電動(dòng)勢(E)的乘積表示，即
W理=C理E
電池的實(shí)際能量為一定放電條件下的實(shí)際容量C實(shí)與平均工作電壓U平的乘積，即
W實(shí)=C實(shí)U平
常用比能量來比較不同的電池系統(tǒng)。比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是Wh/kg或Wh/l。
比能量有理論比能量和實(shí)際比能量之分。前者指lkg電池反應(yīng)物質(zhì)完全放電時(shí)理論上所能輸出的能量。實(shí)際比能量為lkg電池反應(yīng)物質(zhì)所能輸出的實(shí)際能量。
由于各種因素的影響，電池的實(shí)際比能量遠(yuǎn)小于理論比能量。實(shí)際比能量和理論比能量的關(guān)系可表示如下：
W實(shí)：W理·KV·KR·Km
式中Kv-電壓效率； KR-反應(yīng)效率； Km—質(zhì)量效率。
電壓效率是指電池的工作電壓與電動(dòng)勢的比值。電池放電時(shí)，由于電化學(xué)極化、濃差極化和歐姆壓降，工作電壓小于電動(dòng)勢。
反應(yīng)交通用性表示活性物質(zhì)的利用率。
電池的比能量是綜合性指標(biāo)，它反映了電池的質(zhì)量水平，也表明生產(chǎn)廠家的技術(shù)和管理水平。
4 功率與比功率
電池的功率是指電池在一定放電制度下，于單位時(shí)間內(nèi)所給出能量的大小，單位為W(瓦)或kW(千瓦)。單位質(zhì)量電池所能給出的功率稱為比功率，單位為W/kg或kW/kg。比功率也是電池重要的性能指標(biāo)之一。一個(gè)電池比功率大，表示它可以承受大電流放電。
蓄電池的比能量和比功率性能是電池選型時(shí)的重要參數(shù)。因?yàn)殡姵匾c用電的儀器、儀表、電動(dòng)機(jī)器等互相配套，為了滿足要求，首先要根據(jù)用電設(shè)備要求功率大小來選擇電池類型。當(dāng)然，最終確定選用電池的類型還要考慮質(zhì)量、體積，比能量、使用的溫度范圍和價(jià)格等因素。
5 內(nèi)阻
電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢和開路電壓，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢和開路電壓。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在充放電過程中隨時(shí)間不斷變化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和不斷地改變。
歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度和溫度都在不斷地改變。
6電池的使用壽命
在規(guī)定條件下，某電池的有效壽命期限稱為該電池的使用壽命。蓄電池發(fā)生內(nèi)部短路或損壞而不能使用，以及容量達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)蓄電池使用失效，這時(shí)電池的使用壽命終止。蓄電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使用期限是指蓄電池可供使用的時(shí)間，包括蓄電池的存放時(shí)間。使用周期是指蓄電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。
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