鉛酸蓄電池的構(gòu)成和工作原理

 

 

鉛酸蓄電池由正極板、負極板、隔板、電解液、塑料槽等組成。鉛酸蓄電池正極活性物質(zhì)為二氧化鉛(PbO2)，負極活性物質(zhì)是鉛(Pb)，電解液是稀硫酸，正負極之間由隔板隔開，電解液中的離子可以通過隔板中的微孔，電極上的電子不能通過隔板。鉛酸蓄電池放電后，正極板的活性物質(zhì)二氧化鉛(PbO2)轉(zhuǎn)化成硫酸鉛(PbSO4)附著在正極板上，負極活性物質(zhì)鉛(Pb)也轉(zhuǎn)化成硫酸鉛(PbSO4)附著在負極上，電解液中的硫酸擴散到極板中去，電解液的濃度降低。鉛酸蓄電池在充電時，發(fā)生相反的反應。通過充電、放電反應，鉛酸蓄電池可以反復使用，直到儲存的容量達不到電器的要求時，壽命終止。

 

 

鉛酸蓄電池單格電池(又稱單體電池)的標準電壓是2V。為滿足用電器高電壓的要，電池常通過串聯(lián)組合成6V、12V等電池組;為滿足用電器高容量要，常通過新增極板面積或?qū)⑾嗤瑯O板并聯(lián)焊成極群來實現(xiàn)。將完全處于充電狀態(tài)的電池，按一定放電條件，放電到所規(guī)定電壓時所釋放出的電量稱為電池的容量，單位一般用安培小時(簡稱安時，用Ah表示)。電池釋放電量的能力稱為能量，為電池的容量乘以平均放電電壓，通常用伏安時(VAh)或千伏安時(kVAh)表示。

 

 

鉛酸蓄電池的發(fā)明

 

 

1799年伏打(AlessandroVolta)用鋅片與銅片夾以鹽水浸濕的紙片組裝成電堆;1836年，丹尼爾(JohnFredericDaniell)利用伏打電堆的工作原理制成了第一個實用電池，標志著化學電池進入生產(chǎn)和生活中，但銅鋅體系的電池用完后不能充電供重復使用，阻礙了其更廣泛地應用。1801年，戈特洛(NicolasGautherot)在實驗中用伏打電堆和兩根鉑絲電解鹽水出現(xiàn)氫氣和氧氣，在其撤走電源并將兩根鉑絲直接接觸時，出現(xiàn)了短時間的反向電流(當時也被稱為二次電流，今稱放電電流)，但電流維持的時間太短，沒有實用價值。1802年里特(JohannWilhelmRitter)用伏打電堆向一疊夾以鹽水浸濕紙片的銅片進行充電，在撤走電源后，其發(fā)現(xiàn)兩片銅片之間存在0.3V的電壓;之后再用金屬鉛、錫和銅替代銅片進行了實驗，均測到了不同的電壓值。1854年德國科學家辛斯特登(WilhelmJosephSinsteden)在使用多種電池進行研究時，認識到浸沒在硫酸中的鉛電極具有一定的儲能容量，即對電極充電之后可以向負載供電，并報道了其能量密度，但其未意識到這一發(fā)現(xiàn)的重要價值。1859年，普蘭特(RaymondGastonPlante)獨立于辛斯特登發(fā)現(xiàn)并報道了從浸在硫酸溶液中并充電的一對鉛板，在撤去充電電流并加上負載后可以得到有效的放電電流，這個體系的放電電流在諸多電極-電解液體系中可以維持最長的時間，并且電壓也最高。普蘭特根據(jù)這一原理設計了具有實用價值的蓄電池，并在1860年向法國科學院展示了這一可充電電池，這標志著第一個可以重復使用的電池問世。1870年，發(fā)電廠開始使用直流發(fā)電機，并引入鉛酸蓄電池進行負載調(diào)峰，即在晚上充電，白天供電。1879年愛迪生(ThomasEdison)發(fā)明了白熾燈，讓電力走進千家萬戶，同時激發(fā)了用戶在輸電線架設不到的地方使用電源的需求，這正是鉛酸蓄電池的應用場合。限于制造工藝，當時鉛酸蓄電池還無法大規(guī)模生產(chǎn)，但越來越多的研究者已開始參與鉛酸蓄電池的研究。從此，鉛酸蓄電池開始處于因市場需求而促進其研發(fā)的狀態(tài)，人們對它進行不斷地研究和改進，使其得到極大地發(fā)展。鉛酸蓄電池是迄今發(fā)展時間最長，技術最成熟的電池技術。