所謂蓄電池即是貯存化學能量,在必要時候放出電能的一種化學設備。
蓄電池通常是指鉛酸蓄電池,它是電池中的一種,屬于二次電池。
蓄電池工作原理簡單說就是充電時利用外部的電能使內部活性物質再生,把電能儲存為化學能,需要放電時再次把化學能轉換為電能輸出。
蓄電池用填滿海綿狀鉛的鉛板作負極,填滿二氧化鉛的鉛板作正極,并用百分之1.28的稀硫酸作電解質。
蓄電池充放電:在充電時,電能轉化為化學能,放電時化學能又轉化為電能。
PMB鉛蓄電池在充電和放電會產生如下反應:PbO2+pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O在充電時,在電能的作用下,轉化為PbO2 、Pb和H2SO4也就是說充電是由電能轉化為化學能的過程。放電時,正極板接受了負極板送來的電子,鉛離子有正4價變為正2價。與硫酸根接觸生成難溶于水的 硫酸鉛,負極的鉛由于輸出2個電子,變成正2價。同樣也生成硫酸鉛。也就是說放電時,再由貯存的化學能轉為電能。
PMB蓄電池在放電時:
放電:蓄電池對外電路輸出電能時叫做放電。
金屬鉛是負極,發生氧化反應,被氧化為硫酸鉛;二氧化鉛是正極,發生還原反應,被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時,兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后,它又恢復到放電前的狀態,組成化學電池。鉛蓄電池是能反復充電、放電的電池,叫做二次電池。它的電壓是2V,通常把三個鉛蓄電池串聯起來使用,電壓是6V。汽車上用的是6個2鉛蓄電池串聯成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時間后要補充蒸餾水,使電解質保持含有百分之22~28的稀硫酸
PMB蓄電池在充電時:
充電:蓄電池從其他直流電源獲得電能叫做充電。
充電時,在正、負極板上的硫酸鉛會被分解還原成硫酸、鉛和氧化鉛,同時在負極板上產生氫氣,正極板產生氧氣,電解液中酸的濃度逐漸增加,電池兩端的電壓上升。當正、負極板上的硫酸鉛都被還原成原來的活性物質時,充電就結束了。在充電時,在正、負極板上生成的氧和氫會在電池內部氧合成水回到電解液中。
蓄電池在充電過程中,或在充電終了時,電極上會伴隨著水的分解反應。其原因是因為鉛酸電池正極充電接受能力較差,一旦正極充電狀態達到70%時,氧氣開始在正極上析出。負極充電狀態超過90%時,氫氣在負極上析出。一般地講,正電極充電到額定電量的120%時。才能達到完全充電狀態,所以,鉛酸電池每次充電均會產生水的分解反應消耗水,因此定期補水維護不可避免。
硫酸鹽化及蓄電池失效機理 隨著蓄電池的使用次數增加,放電容量不斷減小,由于人們對電池的使用要求不對,所以報廢標準也不相同。一般來講,正常使用電池,容量低于額定容量60%。即為報廢電池,需要維護或維修。由于電池的制造條件,使用方式有差別,終導致電池報廢的原因也各不相同。但歸納起來有以下幾種①正極板的腐蝕變形②正極活性物質軟化脫落③不可逆的硫酸鹽化④容量過早損失⑤熱失控。其中不可逆的硫酸鹽化是導致電池失效報廢的常見的原因。
前面談過,由于在充電過程中,伴隨著水的丟失(電離,電解蒸發)影響硫酸鉛轉化為活性物質。而硫酸鉛本身難溶于水。當硫酸鉛在一定時間不能轉化為活性物質時,就會形成粗大的結晶體。這種結晶體阻礙了電池的正常工作,一部分多余的電能不能正常地轉化為化學能,因而轉化為熱能,更加重了水的丟失,從而形成了惡性循環.當這個循環達到一定程度時,電池容量下降,嚴重時熱量越來越大,電池內壓增加,電池變形.所以科學的維護和保養是延長電池使用壽命的經濟有效的方法.
化學反應過程如下:
總反應:PbSO4 + 2H2O + PbSO4 --> PbO2 + 2H2SO4 + Pb(向右反應是放電,向左反應是充電)
蓄電池工作原理正是這種可逆轉的電化學反應,使蓄電池實現了儲存電能和釋放電能的功能。
PMB蓄電池
|