一、铅酸蓄电池的构造和组成
一般来说,铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、隔板、蓄电池槽盖(容器)、电解液和其它零部件组成。
(1)极板:由活性物质和支撑用的导体板栅组成的电极,分为正极板和负极板,板栅一般由铅锑合金、铅钙合金组成,正极板活性物质为PbO2,颜色为棕色、棕褐色、红棕色,负极板活性物质为海绵状金属铅(Pb),颜色为灰色、浅灰色、深灰色。
(2)隔板:放在蓄电池正负极板之间,允许离子穿过的电绝缘材料构成。它能完全阻挡正、负极短路,通常用PE隔板、橡胶、塑料、复合玻璃纤维隔板、10G、AGM隔板等。
(3)电解液(质):含有移动离子导电作用的液相或固相物质。具有导电作用,并参加成流反应。铅酸蓄电池电解液的密度与它所用的场所有关,相对而言,用于电动车电池的电解液密度要高一些。
(4)蓄电池槽:容纳蓄电池群组电解液而不受电解液腐蚀的容器,一般由硬橡胶或塑料制成。
(5)零部件:电池盖、螺纹液孔塞、安全阀、顶盖、正负极头等。
二、铅酸蓄电池的理论基础
1859年,法国物理学家普兰特(Gplante)首先制备了铅酸蓄电池,但尚未形成现在意义上的蓄电池,而是形成式蓄电池,也称“普兰特电池”。
1880年富尔用涂膏的方法制备极板,才有今天的涂膏式铅酸蓄电池。1882年,格拉斯顿和特雷伯提出了解释铅酸蓄电池成流反应的“双硫酸盐化”理论。按照这一理论,铅酸蓄电池的电极反应和电池反应如下:
负极:Pb-2e+SHO4→PbSO4+H+
正极:PbO2+2e+3H++HSO4-→PbSO4+2H2O
电池反应:PbO2+Pb+2H2SO4
(正极)(负极)
PbSO4+2H2O
经过时间和实践的考验,又通过严密科学的理化分析,证明“双极硫酸化”理论是正确的。
三、电动车的电池
前面讲的是一般铅蓄电池所共有的东西,对电动车电池而言,有其自身的特点。
电动车对电池的一般要求
(1)体积比容量要高 (2)寿命要长 (3)析气要少 (4)自放电率要小 (5)安全性能高
体积比容量要高,这里实际上是说同体积内追求高容量。对于这一问题,不同的生产厂家有不同的解决方法,增加酸量、改进板栅合金、改进铅膏配方,调整酸的比重等等,方法很多。但由于改进板栅合金、改进铅膏配方等技术含量较高的手段,一般规模的工厂还没有这个能力。它们往往通过增加酸量、增大酸比重等较为简单的方法,但是简单的方法有它自身不可忽视的缺陷。酸量是应该有限额的,游离酸是不允许存在的,有游离酸的电池只有正面放置而且容易漏酸,造成电池甚至电动车的损伤。同样有的工厂认为增大酸比重可以提高电池的容量,的确在电池使用初期有这一现象,但是酸比重同时与电池寿命密切相关。
蓄电池电解液密度(酸比重)的大小,对电池容量和寿命有明显的影响,通常是密度大,容量大,寿命短;密度小,容量小,寿命长,当然这只是相对而言。电解液密度大,活性物质能较多的发挥效能,即利用率高,容量也就相对要大。但是随着循环次数增多,由于电解密度大,能促使正极PbO2粒子泥浆化,结合力降低,电阻变大,在频繁使用的条件下,活性物质很快地脱落,蓄电池寿命会早期结束。
控制电池的析气,实际上也是控制其内部的组成,气是H2O分解的,而水的损失将直接影响酸比重、以及电解液的导电性,严重失水后,电池很快会硫酸盐化,从而电池寿命终止。这也得从电池的结构设计,内部改进着手。
密封式蓄电池(免维护):也称“阴极吸收式阀控密封蓄电池”,严格意义上的密封式蓄电池在整个寿命期间不需加水维护,这是由它自身特点决定的:
a、特殊合金的电极材料:析氢电位较高的金属作负极板栅,如铅钙合金,既作导电体,也属承载物。
b、吸附力极强的玻棉隔板:吸附电池槽内电解液,使电池为贫液、无游离电液。
c、安全阀:外面的空气不能进入,里面的气体在超过一定压力0.03-0.04Mpa的时候,可以释放出来,防止爆炸。安全阀也称“单向阀”、“气压阀”、“橡皮帽”,阀顶盖有聚四氟乙稀过滤片。
d、正极析O2:当充电电压大于2.4V时,水发生电解:
2H2O→2H2↑+O2↑
由于隔板贫液留有气体通道,正极片在充电到70%左右电量时开始产生O2(负极片在充至90-100%电量时,产生H2),O2通过隔板通道到达负极,在负极板产生如下反应:
O2+2Pb(负极)→2PbO
PbO+H2SO4→PbSO4+H2O
从而完成“氧循环”,气体复合成水。
e、当然自放电也是越小越好,安全性能越高越好。
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