鉛酸蓄電池的主要結(jié)構(gòu)和工作原理

? ? ? ?(1)鉛酸蓄電池的主要結(jié)構(gòu)盡管鉛酸蓄電池種類和型號很多，但其主要結(jié)構(gòu)基本一致，一般由正極板、負(fù)極板、隔板、外殼、極板聯(lián)接條、電解液和電極樁7個基礎(chǔ)元件構(gòu)成，正極板的外形像一塊2.2 mm厚、帶微孔的長方形金屬薄板，實際上是一塊帶格的柵格架，在柵格內(nèi)填人活性物資而形成的薄板;柵格架由鉛銻合金澆鑄而成;糊狀活性物資由碾碎的氧化鉛、酸和發(fā)泡材料等制備而成.負(fù)極板厚度只有1. 8 mm，表面形狀和結(jié)構(gòu)與正極板差不多，糊狀活性物資是海綿狀的純鉛。

? ? ? ?(2)鉛酸蓄電池的工作原理鉛酸蓄電池工作是一個電化學(xué)反應(yīng)過程.電解液是引起正極板氧化鉛和負(fù)極板海綿狀純鉛之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的液體，也是運(yùn)送正、負(fù)極板之間的電流流過隔板的載體.完全充電的蓄電池。

? ? ? ?在不工作的荷電狀態(tài)下，正極板活性物資是基本純凈的二氧化鉛Pb02，負(fù)極板的活性物資是海綿狀純鉛Pb，電解液是64%水H2O和36%硫酸H2SO。的溶液，相對密度(比重)在807 (26. 7’C)時為1.26。

? ? ? ?當(dāng)蓄電池放電時，正極板上的二氧化鉛PbO2和負(fù)極板上的鉛Pb都逐漸變成硫酸鉛PbSO,，電解液中的硫酸H2SO。則逐漸變成水H2O，反應(yīng)過程中，電荷在直流回路中定向運(yùn)動形成電流.充電過程與放電過程正好相反，充電時正、負(fù)極板上的硫酸鉛Pb50;分別恢復(fù)成原來的PbO:和Pb.電解液中的水變成硫酸H2SO4，極板和電解液恢復(fù)到原態(tài)，蓄電池被充電。

? ? ? ?(3)鉛酸蓄電他的充、放電化學(xué)反應(yīng)式為:

? ? ? ?充電:2PbSO₄+2H₂O—Pb0₂+Pb+2H₂S0₄(電解池)

? ? ? ?陽極:PbSO₄+2H₂O-2eˉ—PbO₂+4H+2S0₄ˉ ;陰極:PbSO₄+2e-—Pb+2SO₄ˉ

? ? ? ?放電:Pb0₂+Pb+2H₂SO₄—2PbSO₄+2H₂O(原電池)

? ? ? ?負(fù)極:Pb + 2SO₄ˉ-2e-—PbSO₄;正極:PbO₂+4H^++2SO₄ˉ+2e-—PbSO₄+2H₂O

? ? ? ?鉛酸蓄電池的活化和修義技術(shù)

? ? ? ?所謂活化.就是將鉛酸蓄電他極板上因硫化而生成的粗晶較硫酸鉛轉(zhuǎn)化為細(xì)晶粒硫酸鉛.活化也可以理解為硫化的逆過程.關(guān)于活化技術(shù).也稱修復(fù)技術(shù)，一直是蓄電池行業(yè)期望得到實現(xiàn)的技術(shù)，但至今仍未得到滿足的效果.研究焦點(diǎn)主要集中在活化途徑、活化方法、活化原理及活化電路等方面。

? ? ? ?1、鉛酸蓄電池活化途徑

? ? ? ?一般認(rèn)為，解決蓄電池硫化問題應(yīng)從三個方面著手:設(shè)計制造、使用維護(hù)和充電方法.以往研究發(fā)現(xiàn)，充電方法對蓄電池壽命影響***大，放電過程的影響較小.也就是說，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的.而是“充壞”的，正確的充電方法對延長蓄電池使用壽命具有舉足輕重的作用.從另一方面想.蓄電池的使用環(huán)境和工作任務(wù)是客觀存在的，可適應(yīng)，難改變，而充電方法是可改變的.我們認(rèn)為.從充電方法上解決蓄電池硫化問題也有三種途徑:一是預(yù)防，即對未硫化的正常蓄電池進(jìn)行經(jīng)常性的定期充放電活化鍛煉，預(yù)防早期硫化.二是維護(hù)，即對輕微硫化的舊電池進(jìn)行充放電活化維護(hù)，使粗晶粒硫酸鉛及時電解溶化，恢復(fù)其容量功能，防止其早期損壞和報廢;三是修復(fù)，即對已經(jīng)硫化損壞的電池進(jìn)行蓄電池活化修復(fù)，實現(xiàn)兩極再現(xiàn)后繼續(xù)使用。

? ? ? ?2、鉛酸蓄電池的活化方法

? ? ? ?以往的經(jīng)驗和研究表明.普通充、放電不能消除硫化和延長蓄電池充放電循環(huán)次數(shù)，但各種脈沖充放電法具有該效果.近年來國內(nèi)外的活化技術(shù)，在充電方法和充電器方面主要有以下幾種。

? ? ? ?(1)大電流充電法當(dāng)大的硫酸鉛結(jié)晶晶粒在充電中產(chǎn)生阻抗時，采用大電流能量使其電解和活化，預(yù)防和消除極板硫化現(xiàn)象.這種方法消除硫化只可以獲得暫時的效果，并且會在消除硫化的過程中帶來加重失水和正極板軟化問題，難以起到延長電池壽命的作用，只宜起輔助作用。

? ? ? ?(2)負(fù)脈沖充電法設(shè)計原理是在充電過程中加入負(fù)脈沖，對減少沮升有作用，對消除極板硫化也有一定作用.但不明顯，硫化修復(fù)率只有20%，雖然目前使用較廣，但屬淘汰方法。

? ? ? ?(3)添加活性劑方法采用化學(xué)劑消除硫酸鉛大晶拉結(jié)晶是有可能的，但不僅成本高，增加了電池內(nèi)阻，還改變了電解液的原結(jié)構(gòu).根據(jù)有關(guān)報道，該法修復(fù)率有45%，但修復(fù)后使用期較短。

? ? ? ?(4)高頻脈沖充電法即采用高頻脈沖波使硫酸鉛粗結(jié)晶體重新轉(zhuǎn)化為細(xì)結(jié)晶體，使其能正常參與充放電化學(xué)反應(yīng)，據(jù)測修復(fù)率可達(dá)60%，較負(fù)脈沖充電法效果好，且技術(shù)簡單實用，目前使用較多.缺點(diǎn)是充電時間長，工作效率低，硫化較嚴(yán)重日七效果不佳。

? ? ? ?(5)復(fù)合脈沖諧震法即合理地控制充電脈沖頻率與波形，對蓄電池循環(huán)充放電，利用脈沖充電中的不同頻率與波形對硫酸鉛粗晶粒形成諧震，擊碎粗品粒，協(xié)助電化學(xué)還原反應(yīng)，消除電池硫化.這種方法對電池?fù)p傷小，修復(fù)效率高，應(yīng)用前景廣闊.缺點(diǎn)是技術(shù)和設(shè)備復(fù)雜，成本高，脈沖頻率與波形等諧震技術(shù)要求高，是目前重要研究對象。

? ? ? ?3、脈沖充電的活化原理

? ? ? ?雖然脈沖充電有預(yù)防和消除硫化作用，但不同脈沖形式，有不同效果.特定頻率的脈沖充電對硫酸鉛結(jié)晶體有破壞作用，相當(dāng)于“碎石機(jī)”，可將大塊不可逆硫酸鉛擊碎，形成的活性物結(jié)晶細(xì)小、孔率高，具有很好的充放電特性，不易產(chǎn)生不可逆的硫酸鹽化.復(fù)合脈沖諧震法的基本原理是運(yùn)用復(fù)合脈沖電壓沖擊硫酸鉛粗晶粒，干擾其存在和生長.把蓄電池硫化的“不可逆”變成“可逆”，且基本上不會損傷電池極板.如果采用前沿陡峭的脈沖，利用傅立葉級數(shù)進(jìn)行頻率分析，可以知道脈沖會產(chǎn)生豐富的諧波成份，其低頻部分震幅大，有可能使大硫酸鉛晶較獲得共震能量;高頻部分震幅小，有可能使小硫酸鉛晶粒獲得共展能盆.正確選取或變換脈沖頻率，適當(dāng)控制脈沖電流值，以較小的電流密度對正電極充電，就可能使大小硫酸鉛晶粒都活躍起來，有效地解決極板硫化問題.這種方法具有速度快、效率高、耗電少、不使電池失水、不使正極板軟化、不改變電解液原結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，且技術(shù)上不難實現(xiàn)，是一種較熱門的研究思路。