铅蓄电池的原理和维护

刘仁厚

摘要:蓄电池是电动车的动力来源。作为一个中学生若能了解铅蓄电池应用的基础知识,掌握蓄电池维护的基本技能,不但能拓宽书本的理论知识,还可以实现理论和实践的有机结合。

关键词:铅蓄电池;原理;维护

目前,电动车作为一种代步工具已走进了我们的生活,并且由于它具有节能和环保的双重特点,深受大家的宠爱。蓄电池是电动车的动力来源,作为一个中学生若能了解铅蓄电池应用的基础知识,掌握蓄电池维护的基本技能,不但能拓宽书本的理论知识,还可以实现理论和实践的有机结合。同时在蓄电池的寿命得以延长的成就感中,激发我们探求科学知识的动力。下面就铅蓄电池原理和维护的基本知识介绍给大家,以供参考。

一、铅蓄电池的基本构造

1.阳极板(过氧化铅.PbO2)—> 活性物质。2.阴极板(海绵状铅.Pb) —> 活性物质。3.电解液(稀硫酸) —> 硫酸(H2SO4) + 水(H2O)。4.电池外壳。5.隔离板。6.其他(液口栓、盖子等)。

二、铅蓄电池的工作原理

(一)铅酸蓄电池充、放电化学反应的原理方程式

PbO2+2H2SO4+Pb—>PbSO4+2H2O+PbSO4(放电反应)

PbSO4+2H2O+PbSO4—>PbO2+2H2SO4+Pb(充电反应)

(二)铅酸蓄电池电动势的产生

铅酸蓄电池充电后,正极板二氧化铅(PbO2),在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质--氢氧化铅(Pb(OH)4),氢氧根离子在溶液中,铅离子(Pb4+)留在正极板上,故正极板上缺少电子。

铅酸蓄电池充电后,负极板是铅(Pb),与电解液中的硫酸(H2SO4)发生反应,变成铅离子(Pb2+),铅离子转移到电解液中,负极板上留下多余的两个电子(2e)。

可见,在未接通外电路时(电池开路),由于化学作用,正极板上缺少电子,负极板上多余电子,两极板间就产生了一定的电位差,这就是电池的电动势。

(三)铅酸蓄电池放电过程的电化反应

铅酸蓄电池放电时,在蓄电池的两极板电位差作用下,负极板上的电子经负载进入正极板形成电流,同时在电池内部进行化学反应。负极板上每个铅原子放出两个电子后,生成的铅离子(Pb2+)与电解液中的硫酸根离子(SO42-)反应,在极板上生成难溶的硫酸铅(PbSO4)。正极板的铅离子(Pb4)得到来自负极的两个电子(2e)后,变成二价铅离子(Pb2+),与电解液中的硫酸根离子(SO42-)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,生成稳定物质水。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,在电池内部形成电流,整个回路形成,蓄电池向外持续放电。放电时H2SO4浓度不断下降,正负极上的硫酸铅(PbSO4)增加,电池内阻增大(硫酸铅不导电),电解液浓度下降,电池电动势降低。

三、铅蓄电池的典型故障——极板硫化

蓄电池内部极板的表面上附着一层白色坚硬的结晶体,充电后依旧不能剥离极板表面转化为活性物质的硫酸铅,这就是硫酸盐化,简称为“硫化”。硫化表象是电池内阻增大,放电容量下降,充电较未硫化前电压提前到达充电终止电压,严重时可导致充不进电。

铅蓄电池在正常使用的情况下,正、负极板上的活性物质(PbO2和Pb)大部分变为小粒晶状的硫酸铅。这些松软小粒晶状的硫酸铅是均匀地分布在多孔性的活性物质上,在充电时很容易和电解液接触起作用,恢复为原来的物质PbO2和海绵状的Pb。如果对铅蓄电池使用维护不当(经常过放电,经常充电不足,甚至经久搁置,不予充电恢复等),极板上的活性物质便逐渐形成较粗而坚硬的硫酸铅,这些粗而坚硬的硫酸铅晶体导电性差,体积大,因而会堵塞极板活性物质的细孔,阻碍了电解液的渗透和扩散作用,增加了电池的内电阻。同时,在充电时,这种粗而硬的硫酸铅不如松软小晶粒的硫酸铅容易转化为PbO2和海绵状的Pb,倘若历时过久,这些粗而硬的硫酸铅就会失去可逆作用,结果使极板的有效物质减少,放电容量降低,使用寿命缩短。在极板上有白色的斑点出现,这种现象叫做不可逆硫酸盐化。

已硫化的蓄电池,能用一定的方法修复。目前的修复方法有物理修复和化学修复两种,不过都需要专业的修复仪或专业的修复人员。对于我们中学生而言,只要我们掌握其正确的使用方法和使用中正确维护,那么就可延缓蓄电池的硫化,从而延长蓄电池的使用寿命。

四、蓄电池的正确使用和维护

1.长时间不用时,需充足电保存,并每月补充电一次。

2.严禁过放电。电动车每只蓄电池电压是12V,最低保护电压是10.5V,当达到最低保护电压时不能在继续使用,且须及时充电。

3.充电时环境温度应在10摄氏度到30摄氏度之间,并保持良好的通风。较低的温度将影响充电效率,甚至会导致硫化;较高温度会引起热失控,充鼓电池。

4.严禁过充电。过充电会造成极板活性物质脱落,使电池寿命提前终止。

5.因使用中电池的反复充放电,有少量水分损失,当电池使用8—10个月后,须及时补充水分。方法是旋下六个安全阀,给以每单格加纯净水或蒸馏水5—6ml,中间每单格多加1—2ml。特别注意:非纯净水或蒸馏水严禁加入。

6.当电池容量下降百分之三十时,应对电池进行维护,使其恢复容量,以延长使用寿命。