铅酸蓄电池原理讲解课件.ppt

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1、铅酸蓄电池第一节铅酸蓄电池基本知识作用：是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出电能并可随时向负载供电。太阳能光伏发电系统对蓄电池的基本要求是：①使用寿命长；②自放电率低；③深放电能力强；④充电效率高；⑤少维护或免维护；⑥工作温度范围宽；⑦价格低廉。一、铅酸蓄电池的发展铅酸蓄电池是1859年卡斯通和普朗特(Gaston&Plante)发明的。他们用两片铅片作电极，中间隔以橡皮卷成的细螺旋作隔板，浸在10%的硫酸(H2SO4)溶液(密度1.06g/cm3)中，构成一个铅酸蓄电池。由于它的主要原料是铅和酸，因而称为铅酸蓄电池或简称为铅蓄电池。1906年，普朗特向法国科学院提交了一个由9个单体电池

2、构成的铅酸蓄电池，这是世界上第一个铅蓄电池——普朗特电池。但普朗特电池存在着电极活性物质利用率低、化成时间相当长、电池放电容量不大等问题，所以没有获得工业上的应用。铅的氧化物和硫酸混合可制成膏剂——铅膏，涂在铅片上可大大缩短化成时间，电极利用率和电池放电容量也大为提高。1881年，富尔(Faure)发明了涂膏式极板，但它的一个严重缺陷是铅膏容易从铅板上脱落。1881年末，有人提出了栅形板栅的设计，即将整体的平面铅板改成多孔板栅，将铅膏塞在小孔中。这种极板在保持活性物质不脱落方面比整体平面铅板好。1882年，以铅锑合金(Pb—Sb)作板栅，增强了硬度。铅粉、铅膏、合金板栅作为现代铅酸蓄电

3、池极板结构就此确定下来。传统的浇铸方式是将熔融的铅液注入板栅模具中铸造而成。一般是一次铸成2片板栅，因凝固时间长，生产效率低下。另外，1mm以下的薄型板栅铸造成形有一定的难度。但这种模具也有体积小、便于倒班、成本低、设计灵活等优势。板栅的制造1910年开始，铅酸蓄电池生产得到充分发展。1957年原西德阳光公司制成胶体密封铅酸蓄电池并投入市场，标志着实用的密封铅酸蓄电池的诞生。原因：一是汽车数量的快速增长，带动了用于启动、照明和点火的蓄电池的发展；其次是电话业采用铅酸蓄电池作为备用电源，并要求安全可靠又能使用多年，使得蓄电池开始广泛用于汽车、铁道、通信等工业。1971年美国Gates公司

4、生产出玻璃纤维隔板的吸液式电池，这就是阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA电池)。VRLA电池商业化应用30年来，尽管出现过一些问题，如漏液、早期容量损失、寿命短等，曾一度引起人们的怀疑，但经过多年的努力，其设计技术有了很大的发展，并沿用至今。二、VRLA电池的结构和原理（一）结构负极板隔板正极板壳体采用耐酸、耐热和耐震的硬橡胶或聚丙稀塑料制成整体式结构，壳体内分成６个互不相通的单格，每个单格内装有极板组和电解液组成一个单格的蓄电池。壳体的底部有凸起的筋，用来支撑极板组，并使极板上脱落下来的活性物质落入凹槽中，防止极板短路。壳体（1）极板(板栅):以铅锑合金为骨架，上面紧密地涂上铅膏，经过化

5、学处理后，正、负极板上形成各自的活性物质，正极的活性物质是PbO2，负极的活性物质是海绵铅，在成流过程中，负极被氧化，正极被还原，负极板一般为深灰色，正极板为暗棕色。（2）隔板：隔板有水隔板、玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔板、塑料隔板等，隔板的作用是储存电解液，气体通道，使正、负极间的距离缩到最小而互不短路；隔板可以防止极板的弯曲和变形，防止活性物质的脱落，要起到这些作用，就要求隔板具有高度的多孔性、耐酸、不易变形、绝缘性能要好，并且有良好的亲水性及足够的机械强度。（二）主要零部件及作用（3）电解液：铅酸蓄电池一律采用硫酸电解质，是电化学反应产生的必需条件。对于胶体蓄电池，还需要添加胶体，以

6、便与硫酸凝胶形成胶体电解质，此时硫酸不仅是反应电解质，还是胶体所需的凝胶剂。一定浓度的硫酸配比一定浓度的硅凝胶，即成为软固体状的硅胶电解质。碱性蓄电池的电解液是22％～40％浓度的氢氧化钾溶液。（4）电池槽及槽盖：蓄电池外壳，它为整体结构，壳内由隔壁分成三格或六格互不相通的单格；其底部有突起的肋条，用来搁置极板组；肋条间的空隙用来堆放从极板上脱落下来的活性物质，以防止极板短路。槽的厚度及材料直接影响到电池是否鼓胀变形。外壳材料一般是用橡胶或工程塑料，如PVC或ABS槽盖。（三）基本反应原理当用连有电流计的导线连接两极时，可以观察到三个重要的现象：Zn棒逐渐溶解，铜棒上有气体溢出，导线中

7、有电流流过此反应的实质是：ZnZn2++2e-(氧化反应)2H++2e-(还原反应)H2组成蓄电池需要有两个条件：一是必须把化学反应中失去电子的过程(氧化过程)和得到电子的过程(还原过程)分割在两个区域进行；二是物质在进行转变的过程中，电子必须通过外线路。铅酸蓄电池的工作原理：包括放电过程和充电过程。(1)放电过程负极板:一方面铅板有溶于电解液的倾向，因此有少量铅进入溶液生成Pb2+(被氧化)而在极板带负电；另一方面，由于Pb2+带正电荷，极板