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蓄電池中的酸是什么?蓄電池工作原理分析

鉅大LARGE  |  點擊量:5926次  |  2018年06月28日  

摘要
鉛蓄電池中含有的酸是稀硫酸,工作時的原理如下: 正極反應為:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O, 負極反

鉛蓄電池中含有的酸是稀硫酸,工作時的原理如下:


正極反應為:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,


負極反應為:Pb+SO42--2e-=PbSO4


其電池的放電總反應為:PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O,二氧化鉛和鉛在稀硫酸作用下生成硫酸鉛和水,充電過程則為其逆反應。


鉛酸蓄電池里面的液體叫電解液。


電解液是由濃硫酸和凈化水(去離子水)配制而成的。


蓄電池(StorageBattery)是將化學能直接轉化成電能的一種裝置,是按可再充電設計的電池,通過可逆的化學反應實現再充電,通常是指鉛酸蓄電池,它是電池中的一種,屬于二次電池。它的工作原理: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,比如生活中常用的手機電池等。[1]


它用填滿海綿狀鉛的鉛基板柵(又稱格子體)作負極,填滿二氧化鉛的鉛基板柵作正極,并用密度1.26--1.33g/mlg/ml的稀硫酸作電解質。電池在放電時,金屬鉛是負極,發生氧化反應,生成硫酸鉛;二氧化鉛是正極,發生還原反應,生成硫酸鉛。電池在用直流電充電時,兩極分別生成單質鉛和二氧化鉛。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,它的單體電壓是2V,電池是由一個或多個單體構成的電池組,簡稱蓄電池,最常見的是6V、


儲能蓄電池,免維護蓄電池,其它還有2V、4V、8V、24V蓄電池。如汽車上用的蓄電池(俗稱電瓶)是6個鉛蓄電池串聯成12V的電池組。


酸就是稀硫酸、


凡是以呈酸性水溶液作為電解質的蓄電池統稱為酸性蓄電池,其中最為典型的是鉛酸蓄電池。酸性蓄電池主要優點是工作電壓較高,使用溫度寬,高低速率放電性能良好,原料來源豐富,價格低廉。其缺點是能量密度較低,使其體積、重量較大。[1]


鉛酸蓄電池,其正極為二氧化鉛,負極為海綿狀鉛,電解質為硫酸水溶液,隔板(隔膜)根據不同類型的鉛蓄電池使用微孔橡膠隔板、微孔塑料隔板或其他材料,電池殼體使用硬橡膠、工程塑料、玻璃鋼等材料制成。


酸性蓄電池主要由容器、極板和隔板三部分組成。酸性蓄電池的容器是用來儲盛電解液和支撐極板的,所以它必須具有防止酸液漏泄、耐腐蝕、堅固和耐高溫等特性。根據材料不同,常用的鉛酸蓄電池容器有玻璃槽、鉛襯木槽、塑料槽和硬橡膠槽四種。[2]


一般海洋石油工程上使用酸蓄電池的極板采用鉛銻合金制成柵格式,柵格中壓入活性物質。正極板的活性物質是二氧化鉛(PbO2),負極板的活性物質是海綿狀純鉛。為了增大容量,蓄電池正極板和負極板都制成好多片,分別并聯在一起,接成兩組,構成蓄電池的正極和負極。每一組正負極板所組成的單電池的電壓約有2V左右,在實際應用時常將3個或6個相同的單電池串接起來成為一組。蓄電池負極板總比正極板多一塊,每塊正極板夾在兩塊負極板當中,使正極板兩面都起化學反應,產生同樣的膨脹和收縮,減少極板彎曲的機會,從而延長了極板使用壽命,因為負極板在充放電過程中伸縮現象較正極板少得多,制造時也較正極板薄一些,最外側的兩塊負極板只有一面與正極起化學作用,因此其厚度就比中問的負極板還要薄。[2]


隔板的作用是使蓄電池的正、負極板互相絕緣,可用木板、硬橡皮、塑料等制成。為了使電解液能自由地流通,隔板的構造應是多孔的,但是不能使脫落的活性物質經過隔板而與相鄰極板接觸。


鉛蓄電池的兩組極板插入稀硫酸溶液里發生化學變化就產生電壓。通入直流電時(充電),在正極板上的氧化鉛變成了棕褐色的二氧化鉛(PbO2),在負極板上的氧化鉛就變成灰色的絨狀鉛(Pb,也叫海綿狀鉛)。鉛蓄電池放電時,正負極板上的活性物質都吸收硫酸起了化學變化,逐漸變成了硫酸鉛(PbSO4),當正負極板上的活性物質都變成了同樣的硫酸鉛后,蓄電池的電壓就下降到不能再放電了。此時需要對蓄電池充電,使其恢復成原來的二氧化鉛和絨狀鉛,這樣,蓄電池又可以繼續放電。在蓄電池中產生的化學變化是可逆的,用方程式表示如下:[2]


充放電化學表達式


充放電化學表達式


由上式可以看出,充電時電解液稀硫酸的密度會增加;放電時由于生成水,密度降低。酸性蓄電池的電動勢,主要與電解液密度有關。密度高,電動勢也高。用經驗公式表示有下述關系:


式中:


E——蓄電池的電動勢,V;


d——電解液的密度。


酸性蓄電池的內阻由極板電阻、電解液電阻及極板連接部分的電阻所組成。


當蓄電池充電時,電解的密度發生變化,極板上的有效物質發生變化,所以蓄電池的內阻也隨之變化。蓄電池在充電后內阻最小,放電時內阻增加。對于使用的蓄電池,其內阻可用下列公式計算:


式中:


R——蓄電池內阻,Ω;


E——開路電壓,V;


U——工作時的端電壓,V;


I——放電電流,A。


蓄電池的容量表示蓄電池儲存電能的能力,船用蓄電池的容量一般以10小時放電率的安培小時做單位。例如250安培小時的蓄電池能以25安培的電流放電10小時。但是同一蓄電池在1小時的放電率時不能給出250安培小時容量,事實上,將小于250安培小時。在10小時放電率以外的放電率時應乘以一適當的容量系數,如表2-58所示。[2]


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