化学在车辆工业之应用-汽车电瓶

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1、基本訊息法國人普蘭特於1859年發明鉛酸蓄電池，已經歷了近150年的發展歷程，鉛酸蓄電池在理論研究方面，在產品種類及品種、產品電氣性能等方面都得到了長足的進步，不論是在交通、通信、電力、軍事還是在航海、航空各個經濟領域，鉛酸蓄電池都起到了不可缺少的重要作用。鉛酸電池構造根據鉛酸蓄電池結構與用途區別，粗略將電池分為四大類：1、啟動用鉛酸蓄電池；2、動力用鉛酸蓄電池；3、固定型閥控密封式鉛酸蓄電池；4、其它類，包括小型閥控密封式鉛酸蓄電池，礦燈用鉛酸蓄電池等。一個單格鉛酸電池的標稱電壓是2.0V,能放電到1.5V,能充電到2.4V。在應用中，經常用6個單格鉛酸電池串聯

2、起來組成標稱是12V的鉛酸電池。還有24V、36V、48V等。電瓶,又叫做“二次電池”。放電後經充電可繼續使用的電池。有鉛蓄電池、鎳鐵蓄電池和鎳鎘蓄電池等。鉛蓄電池的正極是二氧化鉛，負極是鉛，以稀硫酸溶液作為電解質。放電(使用)時，正、負極與硫酸反應生成硫酸鉛，硫酸溶液濃度降到一定程度時，必須充電。用外電源充電時，可使電極和溶液回復原狀，經充電後便可繼續使用。汽車電瓶的功用及理想的特性*1.功用：(1)發動引擎時，供給起動馬達大量電流，起動時電瓶電壓需要9.6V以上。(2)發電機發出電壓低於電瓶電壓時，由電瓶供給全車用電。(3)發電機發出電壓高於電瓶電壓時，電瓶吸

3、存發電機之剩餘電流。(4)平衡電系電壓，若不接電瓶時，則汽車行駛中使用的電器皆會全部燒毀。2.理想的特性(1)體小質輕，且電容量要大。(2)耐震且強度大。(3)壽命長，一般電瓶的壽命約為二年以上。(4)維護保養簡單，且價廉。二、汽車電瓶的類型*汽車用的電瓶，可於放電後再行充電後再使用，故稱為二次電瓶；而一般乾電池放電後即不能再使用的稱為一次電瓶。汽車電瓶的類型可分為：1.需加水的鉛酸電瓶(Lead-acidstoragebattery)。2.免加水的鉛酸電瓶。電池是這樣設計的：在電池中，一部分數量的電解液被吸收在極片和隔板中，以此增加負極吸氧能力，阻止電解液損耗，

4、使電池能夠實現密封。VRLA電池結構==================Parts組件材料作用正極正極為鉛-銻-鈣合金欄板，內含氧化鉛為活性物質保證足夠的容量長時間使用中保持蓄電池容量，減小自放電負極負極為鉛-銻-鈣合金欄板，內含海綿狀纖維活性物質保證足夠的容量長時間使用中保持蓄電池容量，減小自放電隔板先進的多微孔AGM隔板保持電解液，防止正極裕負極短路。防止正負極短路保持電解液防止活性物質從電極表面脫落電解液在電池的電化學反應中，硫酸作為電解液傳導離子使電子能在電池正負極活性物質間轉移外殼和蓋子在沒有特別說明下，外殼和蓋子為ABS樹脂提供電池正負極組合欄板放置

5、的空間安全閥材質為具有優質耐酸和抗老化的合成橡膠。電池內壓高於正常壓力時釋放氣體，保持壓力正常阻止氧氣進入端子根據電池的不同，正負極端子可為連接片、棒狀、螺柱或引出線。密封端子有助於大電流放電和長的使用壽命電極中的電化學反應閥控鉛酸電池的電化學反應式如下所示。充電是將外部直流電源連在蓄電池上進行充電，使電能轉化成化學能儲存起來。放電是電能從電池中釋放出來去驅動外部設備。當VRLA蓄電池充電將達到頂點時，充電電流只被用來分解電解液中的水，此時，電池正極產生氧氣，負極產生氫氣，氣體會從蓄電池中溢出，造成電解液減少，需不定時加水。另一方面，充電末期或過充條件下，充電能量

6、被用來分解水，正極產生的氧氣與負極的海綿狀鉛反應，使負極的一部分處於未充滿狀態，抑制負極氫氣的產生。充電原理鉛蓄電池內的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產生2V的電力，這是根據鉛蓄電池原理，經由充放電，則陰陽極及電解液即會發生如下的變化：(陽極)(電解液)(陰極)PbO2+2H2SO4+Pb--->PbSO4+2H2O+PbSO4(放電反應)(過氧化鉛)(硫酸)(海綿狀鉛)PbO2中Pb的化合價降低，被還原，負電荷流動；海綿狀鉛中Pb的化合價升高，正電荷流動。(陽極)(電解液)(陰極)PbSO4+2H2O+PbSO4--->PbO2+

7、2H2SO4+Pb(充電反應)（必須在通電條件下）(硫酸鉛)(水)(硫酸鉛)第一個硫酸鉛中鉛的化合價升高，被氧化，正電荷流入正極；第二個硫酸鉛中鉛的化合價降低，被還原，負電荷流入負極。1.放電中的化學變化　蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質產生反應,生成新化合物『硫酸鉛』。經由放電硫酸成份從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘餘電量。2.充電中的化學變化　由於放電時在陽極板，陰極板上所產生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸,鉛及過氧化鉛,因此電池內

8、電解液的濃