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鉛蓄電池(Lead–acid battery):其體積和重量一直無法獲得有效的改善,因此目前最常見還是使用在汽車、摩托車發(fā)動機上。鉛酸電池最大的改良,則是新近采用高效率氧氣重組技術(shù)完成水份再生,藉此達到完全密封不需加水的目的,而制成的"免加水電池"其壽命可長達4年(單一極板電壓 2V)。

鉛酸蓄電池自1859年由普蘭特發(fā)明以來,至今已有150多年的歷史,技術(shù)十分成熟,是全球上使用最廣泛的化學(xué)電源。盡管近年來鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等新型電池相繼問世并得以應(yīng)用,但鉛酸蓄電池仍然憑借大電流放電性能強、電壓特性平穩(wěn)、溫度適用范圍廣、單體電池容量大、安全性高和原材料豐富且可再生利用、價格低廉等一系列優(yōu)勢,在絕大多數(shù)傳統(tǒng)領(lǐng)域和一些新興的應(yīng)用領(lǐng)域,占據(jù)著牢固的地位。

鉛蓄電池的組成:極板、隔板、殼體、電解液、鉛連接條、極柱等

1、正、負極板

分類及構(gòu)成:極板分正極板和負極板兩種,均由柵架和填充在其上的活性物質(zhì)構(gòu)成。

作用:蓄電池充、放電過程中,電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換,就是依靠極板上活性物質(zhì)和電解液中硫酸的化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)的。

顏色區(qū)分:正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2),呈深棕色;負極板上的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛(Pb),呈青灰色。

柵架的作用:容納活性物質(zhì)并使極板成形。

極板組:為增大蓄電池的容量,將多片正、負極板分別并聯(lián)焊接,組成正、負極板組。

安裝的特別要求:安裝時正負極板相互嵌合,中間插入隔板。在每個單體電池中,負極板的數(shù)量總比正極板多一片。

2、隔板

作用:為了減小蓄電池的內(nèi)阻和尺寸,蓄電池內(nèi)部正負極板應(yīng)盡可能地靠近;為了避免彼此接觸而短路,正負極板之間要用隔板隔開。

材料要求:隔板材料應(yīng)具有多孔性和滲透性,且化學(xué)性能要穩(wěn)定,即具有良好的耐酸性和抗氧化性。

材料:常用的隔板材料有木質(zhì)隔板、微孔橡膠、微孔塑料、玻璃纖維和紙板等。

安裝要求:安裝時隔板上帶溝槽的一面應(yīng)面向正極板。

3、殼體

作用:用來盛放電解液和極板組

材料:由耐酸、耐熱、耐震、絕緣性好并且有一定力學(xué)性能的材料制成。

結(jié)構(gòu)特點:殼體為整體式結(jié)構(gòu),殼體內(nèi)部由間壁分隔成3個或6個互不相通的單格,底部有突起的肋條以擱置極板組。肋條之間的空間用來積存脫落下來的活性物質(zhì),以防止在極板間造成短路,極板裝入殼體后,上部用與殼體相同材料制成的電池蓋密封。在電池蓋上對應(yīng)于每個單格的頂部都有一個加液孔,用于添加電解液和蒸餾水,也可用于檢查電解液液面高度和測量電解液相對密度。

4、電解液

作用:電解液在電能和化學(xué)能的轉(zhuǎn)換過程即充電和放電的電化學(xué)反應(yīng)中起離子間的導(dǎo)電作用并參與化學(xué)反應(yīng)。

成分:它由純硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成,而其密度一般為1.24~1.30g/ml。

特別注意點:電解液的純度是影響蓄電池的性能和使用壽命的重要因素。

5、單體電池的串接方式

蓄電池一般都由3個或6個單體電池串聯(lián)而成,額定電壓分別為6V或12V。

串接方式:單體電池的串接方式一般有傳統(tǒng)外露式、穿壁式和跨越式三種方式。

這種連接方式工藝簡單,但耗鉛量多,連接電阻大,因而起動時電壓降大、功率損耗也大,且易造成短路。

穿壁式連接方式:是在相鄰單體電池之間的間壁上打孔供連接條穿過,將兩個單體電池的極板組極柱連焊在一起。

跨越式連接方式:在相鄰單體電池之間的間壁上邊留有豁口,連接條通過豁口跨越間壁將兩個單體電池的極板組極柱相連接,所有連接條均布置在整體蓋的下面。

穿壁式和跨越式連接方式與傳統(tǒng)外露式鉛連接條連接方式相比,有連接距離短、節(jié)約材料、電阻小、起動性能好等優(yōu)點。

1、3一Q一75:由3個單體電池組成,額定電壓為6V,額定容量為75A·h的起動用蓄電池。

2、6一QA一105G:由6個單體電池組成,額定電壓為12V,額定容量為105A·h的起動用干荷電高起動率蓄電池。

3、6一QAW一100:由6個單體電池組成,額定電壓為12V·,額定容量為100A·h的起動用干荷電免維護蓄電池。

鉛蓄電池由正極板群、負極板群、電解液和容器等組成。充電后的正極板是棕褐色的二氧化鉛(PbO2),負極板是灰色的絨狀鉛(Pb),當(dāng)兩極板放置在濃度為27%~37%的硫酸(H2SO4)水溶液中時,極板的鉛和硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng),二價的鉛正離子(Pb)轉(zhuǎn)移到電解液中,在負極板上留下兩個電子(2e)。由于正負電荷的引力,鉛正離子聚集在負極板的周圍,而正極板在電解液中水分子作用下有少量的二氧化鉛(PbO2)滲入電解液,其中兩價的氧離子和水化合,使二氧化鉛分子變成可離解的一種不穩(wěn)定的物質(zhì)——氫氧化鉛〔Pb(OH)4)。氫氧化鉛由4價的鉛正離子(Pb)和4個氫氧根〔4(OH)〕組成。4價的鉛正離子(Pb)留在正極板上,使正極板帶正電。由于負極板帶負電,因而兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差,這就是電池的電動勢。當(dāng)接通外電路,電流即由正極流向負極。在放電過程中,負極板上的電子不斷經(jīng)外電路流向正極板,這時在電解液內(nèi)部因硫酸分子電離成氫正離子(H)和硫酸根負離子(SO4),在離子電場力作用下,兩種離子分別向正負極移動,硫酸根負離子到達負極板后與鉛正離子結(jié)合成硫酸鉛(PbSO4)。在正極板上,由于電子自外電路流入,而與4價的鉛正離子(Pb)化合成2價的鉛正離子(Pb),并立即與正極板附近的硫酸根負離子結(jié)合成硫酸鉛附著在正極上。

鉛酸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1.28%的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,放電時化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時,金屬鉛是負極,發(fā)生氧化反應(yīng),被氧化為硫酸鉛;二氧化鉛是正極,發(fā)生還原反應(yīng),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(fù)到放電前的狀態(tài),組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復(fù)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(lián)起來使用,電壓是6V。汽車上用的是6個[2]鉛蓄電池串聯(lián)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(zhì)保持含有22~28%的稀硫酸。

放電時,正極反應(yīng)為:PbO2 + 4H + SO4 + 2e = PbSO4 + 2H2O

負極反應(yīng): Pb + SO4 - 2e = PbSO4

總反應(yīng): PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O (向右反應(yīng)是放電,向左反應(yīng)是充電)

目前鉛蓄電池廣泛應(yīng)用于汽車、火車、拖拉機、摩托車、電動車以及通訊、電站、電力輸送、儀器儀表、UPS電源和飛機、坦克、艦艇、雷達系統(tǒng)等領(lǐng)域。隨著世界能源經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的日益提高,在二次電源使用中,鉛蓄電池已占有85%以上的市場份額。鉛酸蓄電池以技術(shù)成熟、成本低、大電流放電性能佳、適用溫度范圍廣、安全性高,可做到完全回收利用等優(yōu)點在汽車起動電池和電動車領(lǐng)域尚無法被其它電池取代。

隨著蓄電池的放電,正負極板都受到硫化,同時電解液中的硫酸逐漸減少,而水分增多,從而導(dǎo)致電解液的比重下降在實際使用中,可以通過測定電解液的比重來確定蓄電池的放電程度。在正常使用情況下,鉛蓄電池不宜放電過度,否則將使和活性物質(zhì)混在一起的細小硫酸鉛晶體結(jié)成較大的體,這不僅增加了極板的電阻,而且在充電時很難使它再還原,直接影響蓄電池的容量和壽命。鉛蓄電池充電是放電的逆過程。

鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式如下:

正極: PbO2 + 2e- + SO4 + 4H+ PbSO4 + 2H2O

負極: Pb -2e + SO4 PbSO4

陰極:PbSO4 + 2e- = Pb + SO4;

陽極:PbSO4 + 2H2O - 2e- = PbO2 + 4H+ + SO4。

總反應(yīng): PbO2 + 2 H2SO4 + Pb 2 PbSO4 + 2H2O(正向放電,逆向充電)

(鉛蓄電池在放電時正負極的質(zhì)量都增大,原因:鉛蓄電池放電時,正極極板上有PbSO4附著,質(zhì)量增加:負極極板上也有PbSO4附著,所以質(zhì)量也增加。)

1、避免將電池與金屬容器直接接觸,應(yīng)采用防酸和阻熱材料,否則會引起冒煙或燃燒。

2、使用指定的充電器在指定的條件下充電,否則可能會引起電池過熱、放氣、泄露、燃燒或破裂。

3、不要將電池安裝在密封的設(shè)備里,否則可能會使設(shè)備浦破裂。

4、將電池使用在醫(yī)護設(shè)備中時,請安裝主電源外的后備電源,否則主電源失效會引起傷害。

5、將電池放在遠離能產(chǎn)生火花設(shè)備的地方,否則火花可能會引起電池冒煙或破裂。

6、不要將電池放在熱源附近(如變壓器),否則會引起電池過熱、泄漏、燃燒或破裂。

7、應(yīng)用中電池數(shù)目超過一只時,請確保電池間連接無誤,且與充電器或負載連接無誤,否則會引起電池破裂、燃燒或電池損害,某些情況下還會傷人。

8、特別注意別讓電池砸在腳上。

9、電池的指定使用范圍如下。超出此范圍可能會引起電池損害。 電池的正常操作范圍為:77.F(25℃) 電池放電后(裝在設(shè)備中):5.F到122.F(-15℃到50℃) 充電后:32.F到104.F(0℃到40℃) 儲存中:5.F到104.F(-15℃到40℃)

10、不要將裝在機車上的電池放在高溫下、直射陽光中、火爐或火前,否則可能會造成電池泄漏、起火或破裂。

11、不要在充滿灰塵的地方使用電池,可能會引起電池短路。在多塵環(huán)境中使用電池時,應(yīng)定期檢查電池。

1、使用帶有絕緣套的工具如鉗子等。使用不絕緣的工具會造成電池短路、發(fā)熱或燃燒,損害電池。

2、不要將電池放置在密閉的房間或近火源的地方,否則可能會由于電池釋放的氫氣造成爆炸或起火。

3、不要用稀釋劑、汽油、煤油或合成液去清潔電池。使用上述材料會導(dǎo)致電池外殼破裂泄漏或起火。

4、當(dāng)處理45伏或更高電壓的電池時,要采取安全措施帶上絕緣橡皮手套,否則可能會遭到電擊。

5、不要將電池放在可能被水淹的地方。如果電池浸在水中,它可能會燃燒或電擊傷人。

6、拆卸電池時請緩慢處理。不要使電池破裂、泄漏。

7、將電池裝在設(shè)備上時,應(yīng)盡量將它裝在設(shè)備的最下面,以便檢查、保養(yǎng)和更換。

8、電池充電時不要搬動電池。不要低估電池的重量,不細心的處理可能會對操作者造成傷害。

9、不要用能產(chǎn)生靜電的材料覆蓋電池。靜電會引發(fā)起火或爆炸。

10、在電池端子、連接片上使用絕緣蓋,以防電擊傷人。

11、電池的安裝和維護需要合格的專人進行。不熟練的人進行那樣的操作可能會造成危險。

1、確保在電池和設(shè)備之間和周圍進行充分的絕緣措施。不充分的絕緣措施可能引起電擊、短路發(fā)熱、冒煙或燃燒。

2、充電應(yīng)用充電器,直接連在直流電源可能會引起電池泄漏、發(fā)熱或燃燒。

3、由于自放電,電池容量會緩慢減少。在儲存長時間后使用前,請重新對電池充電。

鉛蓄電池的優(yōu)點是放電時電動勢較穩(wěn)定,工作電壓平穩(wěn)、使用溫度及使用電流范圍寬、能充放電數(shù)百個循環(huán)、貯存性能好(尤其適于干式荷電貯存)、造價較低,因而應(yīng)用廣泛。 缺點是比能量(單位重量所蓄電能)小,十分笨重,對環(huán)境腐蝕性強,循環(huán)使用壽命短,自放電大,不易過放電。

主要特點可以用價格便宜來描述,但對于電池內(nèi)阻要求低,放電電流大的負載不太適合,使用了對電壓要求不嚴格,比如摩托車,汽車的點火裝置,只需要瞬間放電,持續(xù)大電流放電不適合鉛蓄電池。

1、按蓄電池極板結(jié)構(gòu)分類:有形成式、涂膏式和管式蓄電池;

2、按蓄電池蓋和結(jié)構(gòu)分類:有開口式、排氣式、防酸隔爆式和密封閥控式蓄電池;

3、按蓄電池維護方式分類:有普通式、少維護式、免維護式蓄電池。

4、按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定主要蓄電池系列產(chǎn)品有:

起動型蓄電池:主要用于汽車、拖拉機、柴油機船舶等起動和照明;

固定型蓄電池:主要用于通訊、發(fā)電廠、計算機系統(tǒng)作為保護、自動控制的備用電源;

牽引型蓄電池:主要用于各種蓄電池車、叉車、鏟車等動力電源;

鐵路用蓄電池:主要用于鐵路內(nèi)燃機車、電力機車、客車起動、照明之動力;

摩托車蓄電池:主要用于各種規(guī)格摩托車起動和照明;

煤礦用蓄電池:主要用于電力機車牽引動力電源;

儲能用蓄電池:主要用于風(fēng)力、水力發(fā)電電能儲存。

維護保養(yǎng)

發(fā)電機組中最重要的部件就是鉛蓄電池,鉛蓄電池的性能穩(wěn)定才能保證整個發(fā)電機組的性能良好,那么如何保證鉛蓄電池的性能穩(wěn)定呢?這就需要做好電池的維護保養(yǎng)工作了。

首先,鉛蓄電池的連接要正確,防止出現(xiàn)短路情況

鉛蓄電池應(yīng)該擺放在靠近發(fā)電機組,這樣電池的連接線就不會過長,同時還需要將電池放在便于保養(yǎng)的地方。電池在鏈接到發(fā)電機時,首先接正極,再接負極,當(dāng)負載或停機時,應(yīng)及時斷開鏈接,防止電池出現(xiàn)正負極短路。

其次,做好電池的日常檢查工作

要定期對電池進行檢查,包括電池端的電壓情況;電池中電解液的密度、溫度、高度情況;注意電池鏈接先是否按照規(guī)格鏈接;檢查電池記住是否有腐蝕情況;定期做放電測試等等,這些日常工作都是需要進行的。

最后,電池充電工作要格外注意

電池充電是基本工作,應(yīng)當(dāng)在通風(fēng)良好、沒有雨雪、火花、明火環(huán)境下充電;充電最好使用原裝充電機充電;充電時,電線的鏈接要正確;使用合理的電流進行充電;電池充電時,當(dāng)溫度高于45℃時,應(yīng)當(dāng)停止充電工作,做散熱處理。

發(fā)電機組鉛蓄電池保養(yǎng)工作非常重要,在日常使用中一定要注意了。