关于铅酸蓄电池的原理、运用办法

铅酸蓄电池已创造有一百多年了，铅酸蓄电池首要壳体、正负极板、隔板，电解液在电场作用下将电能转变为化学电能贮存，又将化学电能转为直流电能，并可重复进行数次充放电循环的一种设备。一般铅酸蓄电池规划寿数为2-3年，而往往实践运用只一年我时间或更短时间，免维护铅酸蓄电池规划寿数为7-15年，有的制造出来因为贮存时间过长，未经运用就已失效作废，远远短于预期运用寿数，导致能源的糟蹋及应用的经济效益。下面贤集网小编来为我们说明更多关于铅酸蓄电池的常识，包含：铅酸蓄电池原理、运用办法、失效的首要原因分析。

铅酸蓄电池原理

一、铅酸蓄电池电动势的发生：

1、铅酸蓄电池充电后，正极板是二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少数二氧化铅与水生成可离解的不安稳物质——氢氧化铅（Pb（OH）2、氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb）留在正极板上，故正极板上短少电子。

2、铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO2）发生反应，变成铅离子（Pb+2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下剩下的两个电子（2e）。可见，在未接通外电路时（电池开路），因为化学作用，正极板上短少电子，负极板上剩下电子，两极板间就发生了必定的电位差，这就是电池的电动势。

二、铅酸蓄电池放电进程的电化反应：

1、铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板构成电流I，一同在电池内部进行化学反应；

2、负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb+2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）；

3、正极板的铅离子（Pb+4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb+2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（O2）与电解液中的氢离子（H+）反应，生成安稳物质水；

4、电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部构成电流，整个回路构成，蓄电池向外持续放电；

5、放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO2）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势下降；

6、化学反应式为：

①正极活性物质、电解液、负极活性物质、正极生成物、电解液生成物、负极生成物↓↓↓↓↓↓；

②PbO2+H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4氧化铅、稀硫酸、铅、硫酸铅、水硫酸铅。

三、铅酸蓄电池充电进程的电化反应

1、充电时，应在外接一贯流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成本来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能贮存起来；

2、在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb）和硫酸根负离子(SO4￣2)因为外电源不断从正极吸取电子，则正极板邻近游离的二价铅离子（Pb）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb），并与水继续反应，终究在正极极板上生成二氧化铅（PbO）。

铅酸蓄电池的运用办法

1、切勿短路电池。当电池的正负极经过外部物质完结电接触，电池就短路了，例如放在口袋中的无外包装电池就会因与钥匙或硬币等金属材料接触而发生短路。

2、正确设备电池，使电池的极性符号("+"和"-")和用电用具的符号正确对应。假设电池被不正确地反向设备到用电用具中，则或许发生短路或充电，导致电池温度的敏捷升高。

3、不要妄图对电池充电。对不能充电的原电池进行充电，会使电池内部发生气体和热量。

4、不要对电池强制放电。电池被强制放电时，其电压将会低于规划性能并在电池内部发生气体。

5、不要加热或直接焊接电池。电池被加热或焊接时，热量会构成电池内部发生短路。

6、不要拆解电池。电池被拆解或分开时，电池组分之间有或许发生接触，然后导致短路。

7、不要将新旧电池或是不同型号、品牌的电池混用。当需求替换电池时，应一同用同品牌、同型号、同批次的新电池替换一切的电池。当不同品牌和型号的电池或是新旧不同的电池一同运用时，因为不同电池之间电压或容量的不同，部分电池会发生过放电。

8、不要使电池变形。不要对电池进行揉捏、戳穿或其他办法的危害，这些滥用往往会导致电池发生短路。

9、不要将电池放入火中。将电池放入火中时，热量的集聚会导致爆炸和人身损伤，除了适宜的可控制的燃烧处理办法外，不要妄图焚毁电池。

10、不要让儿童接触电池或是在没有成人监督的情况下替换电池。那些有或许被吞咽的电池应尽量避免让儿童接触，特别是那些能放入图中所示的摄食量规内的电池。一旦或人摄食了电池，应立即寻求医生协助。

11、不要密封或改动电池。密封电池或是其他办法的改动电池，会使电池的安全阀被阻塞，然后当电池内部发生气体时不能及时排出。假设以为有必要改动电池，则应尽量获得制造商的主张。

12、关于不用的电池，应以它们的原始包装进行保存，并尽量远离金属物质，假设包装已打开，则应有序排放，不要混乱堆放。无包装的电池和金属物质混放在一同时，有或许使电池发生短路。避免这种情况发生的最好办法就是运用它们的原始包装来保存不用的电池。

13、除非是用于紧急情况，关于长时间不用的电池应尽量从用电设备中取出。当一个电池达不到满意的作用或是能够估计长时间不运用，则将其从设备中取出是有益的，虽然现在市场上的电池都带有维护性外壳或是以其他办法来控制漏液，但是一个部分或是彻底用完的电池仍是会比一个没用过的电池更简略漏液。

铅酸蓄电池失效的首要原因和分析

一、硫化

1、铅酸蓄电池充放电的进程是电化学反应的进程，放电时，生成硫酸铅，充电时硫酸铅复原为氧化铅。这个电化学反应进程正常情况下是循环可逆的，但硫酸铅是一种简略结晶的盐化物，当电池中电解溶液的硫酸铅浓度过高或静态放置时间过长时，就会"抱成"团，结成小晶体，这些小晶体再吸引周围的硫酸铅，就象滚雪球相同构成大的慵懒结晶，这就损坏了本来可逆的循环，导致硫酸铅部分不行逆。结晶后的硫酸铅充电时不但不能再复原成氧化铅，还会吸附在栅板上，构成了栅板工作面积下降，铅酸蓄电池发热失水，铅酸蓄电池容量下降，这一现象叫硫化，也就是常说的老化。硫化还会导致短路、活性物质松懈坠落、栅板变形开裂等"并发症"。

2、只要是铅酸蓄电池，在运用的进程中都会硫化，但其它领域的铅酸电蓄池却比电动自行车上运用的铅酸蓄电池有着更长的寿数，这是因为电动车的铅酸蓄电池有着一个更简略硫化的工作环境。与轿车用发起电池不同，轿车电池点火放电后，电池一直处于浮充状况，放电构成的硫酸铅很快又被转化为氧化铅，而电动车放电时，不或许一同进行充电，这就构成硫酸铅许多堆集，假设深放电，这时硫酸铅浓度更高，而且电动车骑行后很难有条件及时充电，放电构成的硫酸铅不能及时充电转化为氧化铅，就会构成结晶。所以，循环寿数，根据放电深度不同而差别很大，放电深度越深，循环次数越少，放电深度越浅，循环次数越多，根据实验结果放电深渡与循环次数联络如下表：

3、一些铅酸蓄电池在做70%的1C充电和60%的2C放电中，因为选用连续大电流循环，损坏了电池生成大硫酸铅结晶的条件，所以或许看不到铅酸蓄电池硫化对电池的损坏。假设实验中途中止，铅酸蓄电池硫化的问题就会显现。因为电池重量大，一些用户常常采纳电池经过多次运用放完电才再次充电，这样电池放电往后没有及时充电，铅酸蓄电池硫化就比较严峻。别的，铅酸蓄电池的硫酸比重比较高，也是铅酸蓄电池硫化的重要因素。而铅酸蓄电池硫化，损坏了负极板氧循环的才干，构成加速失水。这样，铅酸蓄电池的硫酸比重更加高，导致更加简略导致铅酸蓄电池硫化。所以，铅酸蓄电池硫化的程度或许不同，但是对铅酸蓄电池的寿数影响却是广泛的。

二、失水

1、密封铅酸蓄电池的最基本原理之一就是正极板析氧往后，氧气直接到负极板与负极板的析氢复原为水，查核铅酸蓄电池这个技术指标的参数叫做"密封反应功率"，这种现象叫做"氧循环"。这样，铅酸蓄电池的失水很少，完结了"免维护"，就是免加水。但密封铅酸蓄电池的这种氧循环在电动自行车上却被损坏，导致电池许多失水。

2、为了满意电池在8小时以内充满电，所以在三段式恒压限流充电中，如36伏充电器的恒压为44.4伏，3个单体电池共有18个单格，折合单格电压就为2.466V。这样，大大超越电池正极板析氧电压的2.35V和负极板析氢电压的2.42V。一些充电器制造商的产品为了下降充电时间的指示，前进了恒压转浮充的电流，而使得充电指示充满电往后，还没有充满电，就靠前进浮充电压来补偿。这样，许多充电器的浮充电压超越单格电压2.35V，这样在浮充阶段还在许多析氧。而铅酸蓄电池的氧循环又不好，这样在浮充阶段也在不断的排气。

3、一组36伏铅酸蓄电池有3个单体电池，每个单体电池有6个单格，每个单格有15块以上正负栅板，一组电池就最少有270个焊点，假设发生千分之一的虚焊就会导致每4组电池必定有一组不合格，而铅钙板十分简略因析钙而构成虚焊，所以电池制造商广泛选用低锑合金板，而低锑合金的析气电压更低，电池出气量更大，失水就更加严峻。

4、浮充铅酸蓄电池的硫酸标准比重应该在1.21~1.28之间，但为习惯电动自行车大容量、大电流放电的要求，电池的硫酸比重一般都在1.36~1.38左右。因为电池的硫酸比重相对高了许多，所以，电池的硫化也相对严峻。电池放电往后到第二天充电曾经，硫酸比重高的电池的硫化显着。这样，更加下降了负极板氧循环的才干。而失水往后的电池，失掉的首要是水，留下了硫酸的成分，相当于进一步前进了硫酸的比重，这样就使铅酸蓄电池更加简略硫化。所以，铅酸蓄电池硫化加重了失水，失水又加重了硫化。对用户而言，"密封"是必要的，不然酸液溢出的后果不堪设想，但在电动车领域过份地推广"免维护"的概念是不适宜的。

三、热失控

1、铅酸蓄电池在充入电量抵达70%往后，铅酸蓄电池的极化电压相比照较高，充电的副反应开端逐步增加，电解水开端了。在充电的单格电压抵达2.35V往后，首要正极板析氧，在抵达2.42V往后，负极板开端析氢。这时候充电的电能转变为化学能减少，转变为电解水的能量增加。充电进程的是否析气取决于充电电压，析气量取决于抵达析气电压往后的充电电流。所以，在充电进程中，充电电压在进入恒压往后，电压开端接近于最高，充电电流也坚持限流值。这时候析气量最大。在进入恒压往后，充电电流应该逐步下降，析气量也应该逐步下降。充电自身是放热反应，一般铅酸蓄电池的热规划是能够控制温升的。在铅酸蓄电池许多析气往后，氧气在负极板复合为水，发热量远远大于充电时的发热。密封铅酸蓄电池期望负极板具有出色的氧循环才干，但是，氧循环会发生发热。所以，氧循环是一把双刃剑，好处是减少了水丢失，坏处是电池会发热。

2、在恒压充电的条件下，氧循环电流也参与了充电电流，所以充电电流下降速率放缓。而铅酸蓄电池发热，会引起充电电流下降速率更加缓慢，乃至电流反升。而充电电流在电池发热的作用下，一旦电流反升，又增加了发热。这样，充电电流一贯会上升到限流值。电池发高热，并且堆集热，一贯到电池外壳发生热软化变形。而电池的热变形时，内部气压高，所以出现电池时鼓胀的。这就是电池热失控而损坏电池。铅酸蓄电池一旦出现严峻鼓胀，漏酸和漏气的问题也出现了，铅酸蓄电池会出现急性失效。诱发电池鼓胀的原因有许多。假设充电电压高，析气量大，会发生热失控。假设某一组电池或许某一个单格电池发生严峻落后，而充电的恒压值不变，其他的单格电池也会出现充电电压相对过高，也会发生热失控问题。为下降电池的热失控机率，许多充电器厂家将恒压值下降至43伏，这也必定导致欠充。

3、导致铅酸蓄电池充电发热的另一个原因就是硫化，硫化直接导致电池内阻增加，这就进一步构成铅酸蓄电池充电发热，发热又使氧循环电流上升，所以硫化严峻的电池，热失控发生的机率很大。从解剖电动自行车铅酸蓄电池的失效形式证明，90%的失效电池一同伴有严峻失水现象。胶体电池失水少于一般电池，所以其寿数应该长于一般电池。胶体电池内部自放电在贮存期间不比一般的电池大，这能够经过贮存往后容量下降比对能够证明。在同样的铅酸蓄电池内压条件下，胶体电池析气失水少于一般电池。而每次开阀析气都会带走部分热量。胶体铅酸蓄电池开阀少于一般铅酸蓄电池，失水少是其长处，但是析气失水少，开阀少，带走电池内部的热量就少，所以电池内部温升就高于一般电池。而电池内部温升高，自放电也大，发生的热量就更高。因此在夏季环境温度较高的条件下，因为析气电平的下降，析气量最近，一同温升也高。这样胶体铅酸蓄电池进入热失控的概率就大得多了。

四、活性物质坠落、极板软化

铅酸蓄电池正极板活性物质的有效成分是氧化铅，氧化铅分α-PbO2和β-PbO2，其中，α-PbO2物理特性坚固，容量比较小，以多孔状附着在极板，用于扩展极板面积和支撑极板；β-PbO2依附α-PbO2构成的骨架上面，其荷电才干比α-PbO2强许多，氧化铅放电放电往后构成硫酸铅，充电时硫酸铅又复原为氧化铅，但在强酸环境中硫酸铅只能够生成β-PbO2，活性物质坠落就是α-PbO2坠落。构成活性物质坠落的原因许多：

1、铅酸蓄电池极板活性物质散布不均匀，构成放电时胀大张力不同而坠落。

2、铅酸蓄电池过放电欠压时，β-PbO2许多减少，α-PbO2就会参与放电反应生成硫酸铅。

3、硫化结晶在极板上成长的胀大张力也会导致活性物质坠落。正极板一旦出现软化，起到支撑作用的多孔结构就被损坏了，正极板的多孔被电池极板的压力压实了，就下降了参与反应的真实面积，铅酸蓄电池容量就下降了。这样，避免过放电、按捺和消除硫化是控制正极板软化的重要措施。放电的时候，每次放电，或多或少的总要有一点点α-PbO2参与反应。

所以，一个正常运用的铅酸蓄电池，在不失水也不硫化，也没有过放电的情况下，电池的寿数就取决于正极板软化。电池容量受活性物质和使用率影响。电动车铅酸蓄电池外形尺寸必定，极板的质量已被约束到必定的程度，只要前进活性物质的使用率，才干前进容量。要前进铅酸蓄电池容量，必定增加孔率，前进PbO2含量、硫酸比重，但是这些措施都会加速正极板的软化，构成铅酸蓄电池寿数加速衰减，充放电进程中活性物质会发生胀大、缩短(特别是正极板)，放电深度越深，活性物质胀大缩短量越大，更加速活性物质软化。因此，初始容量偏大时直接影响铅酸蓄电池寿数。

五、短路

铅酸蓄电池的短路指铅电池内部正负极群相连。为了增加铅酸蓄电池的容量，现在电动车铅酸蓄电池电池的极板数量广泛选用增加极板办法，这就导致隔板相比照其他电池的隔板薄一些，负极板的硫酸铅结晶长大，充电往后出现少数硫酸铅遗留在隔板中，遗留在隔板中的硫酸铅一旦被复原称为铅，堆集多了，铅酸蓄电池电池就会出现微短路，这种现象叫做"铅枝搭桥"。微短路轻的发生该单格电压落后，严峻的时候会出现单格短路。极板上活性物质胀大坠落，也会构成正负极板相连。

六、均衡问题

不少铅酸蓄电池在单体测试中，能够获得比较好的结果，但是，关于串连铅酸蓄电池组来说，因为容量差、开路电压差等原始配组差错，充电时电压高的电池会增加失水，电压低的电池会欠充电，放电的时候，电压低的会出现过放电，构成铅酸蓄电池硫化。随着充放电的循环，铅酸蓄电池硫化的单体更易硫化，这个差异被扩展，终究影响整组电池寿数。

七、无法充电

12V铅酸电池的中止放电电压为10.5伏，假设强行放电至中止电压以下，铅酸蓄电池就有极大的机率失掉再充电才干。电动车的控制器内都有一个维护设备，当铅酸蓄电池抵达中止电压时，维护设备会强行断开电路，但假设这个维护设备出现上漂移时，或许断电后电池出现电压上升，维护设备就无法正确判别。

八、铅酸蓄电池自行放电

足够电的铅酸蓄电池放置不用，逐步失掉电量的现象，称之自行放电。自行放电是不行避免的，在正常情况下，每天放电率不应超越0.35%~0.5%。铅酸蓄电池自行放电的首要原因：

1、极板或电解液中含有杂质，杂质与极板间或不同杂质间发生了电位差，变成一个部分电池，经过电解液构成回路，发生部分电流，使铅酸蓄电池放电。

2、隔板决裂，导致正负极板短路。

3、铅酸蓄电池壳表面上有电解液或水，在极桩间成为导体，导致铅酸蓄电池放电。

4、活性物质坠落过多，并沉积在电池底部，使极板短路构成放电。

以上是贤集网小编为我们介绍的铅酸蓄电池原理、运用办法、失效的首要原因分析。铅酸蓄电池自创造以来，在化学电源中一贯占有绝对优势，这是因为其价格低廉、原材料易于获得，运用上有充分的安全性和可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围、维护修理很便利等长处。数据显示，2017年前三季度全国铅酸蓄电池产值1.46亿KVAh，同比小幅下降21%。但在业内人士看来，作为化学与物理电源中仅有能够完结再生循环使用的电池，铅酸蓄电池仍是现在最有竞争力和最不行或缺的化学电源。就市场占有率来看，虽然锂电池来势汹汹，但铅酸蓄电池依然占有超70％的市场份额，工作影响力不容小觑。