《铅酸蓄电池》课件.ppt

蓄电池Secondary BatteriesDischarge profiles of conventional secondary battery systems and rechargeablelithium ion battery at approximately C/5 discharge rate.Effect of temperature on specific energy of secondary battery systems at approximately C/5 discharge rate.Capacity retention of secondary battery systems.Effect of depth of discharge on cycle life of secondary battery systems.第第4章章 铅酸蓄电池铅酸蓄电池 Lead Acid Batteries第三电极的充电法 4.1 概述 电池组成 (-)Pb/H2SO4/PbO2(+)单体电池电压：循环寿命300次通常为几个单体电池串联使用，如汽车起动用蓄电池为6个串联，电压为12V特点优点：高倍率放电性能好工作温度宽无记忆效应，使用寿命长价格低廉，容易回收缺点：质量比能量低制造过程易污染环境普朗特电池Plante battery两片薄铅皮卷式电极，中间用亚麻布隔开，在硫酸溶液中反复充放电，使得铅皮表面腐蚀得到活性物质，电池能够放出较大电流。第一种得到商业应用的可充电池。1870年，发电机出现，充电方便阀控密封铅酸蓄电池 Valve regulated lead acid battery（VRLA）20世纪70年代开始开发，80年代商品化，仍在发展中铅酸蓄电池用途最广的电池铅酸蓄电池用途汽车、摩托车等起动用电动汽车、电动自行车用通信行业-电话交换机、用户接入网、通信专网电力行业-发电厂、变电所铁路内燃机车及电力机车用起动、照明、应急备用电源UPS电源（不间断电源系统），主要与计算机及精密仪器配套，铅酸蓄电池为其核心部分新能源储能用-风能、太阳能军用-航空、潜艇、坦克、鱼雷、卫星站等铅酸蓄电池的分类铅酸蓄电池的分类(1)按电极结构按电极结构形成式形成式管状式管状式涂膏式涂膏式(2)按电池结构按电池结构 富液铅酸蓄电池富液铅酸蓄电池 胶态电解液铅酸蓄电池胶态电解液铅酸蓄电池 阀控密封铅酸蓄电池阀控密封铅酸蓄电池（3）按电解液和充电维护情况干放电蓄电池干荷电蓄电池湿荷电蓄电池胶态电解液免维护少维护蓄电池铅酸蓄电池型号铅酸蓄电池产品汉语拼音字母的意义铅酸蓄电池产品汉语拼音字母的意义汉语汉语拼音拼音字母字母表示电池类型表示电池类型表示电池特征表示电池特征QGDNTMUHKWFMGTAHBJF含义含义起起动动固固定定蓄蓄电电池池车车内内燃燃机机车车铁铁路路客客车车摩摩托托车车用用储储能能型型航航空空免免维维护护阀阀控控密密封封管管式式涂涂膏膏干干荷荷电电化化成成式式半半化化成成式式胶胶体体电电解解液液防防酸酸防防爆爆串联单串联单体数体数电池类型和电池类型和特征特征额定容量额定容量单体铅酸蓄电池结构单体铅酸蓄电池结构1 负极柱负极柱 10 连接条连接条2 蓄电池盖蓄电池盖 11 蓄电池槽蓄电池槽3 汇流排汇流排 12 汇流排汇流排4 保护片保护片 13 正极板正极板5 中间隔中间隔 14 沉淀槽沉淀槽6 负极板负极板7 隔板隔板8 鞍子鞍子9 注液盖（工作拴）注液盖（工作拴）4.2 铅酸蓄电池的热力学基础二次电池的条件：二次电池的条件：1.电极反应可逆，是一个可逆的电池体系。电极反应可逆，是一个可逆的电池体系。2.只采用一种电解质溶液，避免因采用不同的只采用一种电解质溶液，避免因采用不同的电解质而造成电解质之间的不可逆扩散。电解质而造成电解质之间的不可逆扩散。3.放电生成难溶于电解液的固体产物。可避免放电生成难溶于电解液的固体产物。可避免充电时过早生成枝晶和两极产物的相互转移。充电时过早生成枝晶和两极产物的相互转移。（-）Pb+HSO4-2e 2PbSO4+H+（+）PbO2+3H+HSO4-+2e PbSO4+2H2O Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电放电充电充电放电放电充电充电放电放电充电充电(-)Pb|H2SO4|PbO2(+)4.2.1 电池反应和电动势电池反应和电动势 影响电池电动势影响电池电动势E的因素：的因素：（1）电极材料本性有关：）电极材料本性有关：-PbO2、-PbO2（2）硫酸与水的活度）硫酸与水的活度（3）温度：电动势的温度系数）温度：电动势的温度系数电池反应的熵变与电池电动势的温度系数的关系为：S与可逆过程的热量Qr关系：为正值，Qr0，表示电池放电是吸热反应 为负值，Qr0，表示电池放电是放热反应。铅酸蓄电池的热力学数据铅酸蓄电池的热力学数据(实验测定值实验测定值)4.2.2 铅铅-硫酸水溶液的电极电势硫酸水溶液的电极电势-pH图图 由电势由电势-pH图可以知道各组分生成的条件及组分稳定存图可以知道各组分生成的条件及组分稳定存在的范围，从热力学角度说明反应的可能性在的范围，从热力学角度说明反应的可能性电势电势-pH曲线：表示两种物质间转换达到平衡时，电势曲线：表示两种物质间转换达到平衡时，电势与溶液与溶液pH之间的关系曲线。纵坐标为平衡电极电位，之间的关系曲线。纵坐标为平衡电极电位，横坐标为横坐标为pH分析铅酸蓄电池负极自放电的可能性。负极铅的自溶过程是由于体系中存在铅的阳极氧化和氢还原组成一对共轭反应，即(a)线和(2)或(8)线共轭。(a)：2H+2e H2(2)：Pb+SO42-PbSO4+2e-(8)：Pb+HSO4-PbSO4+H+2e-时，(2)、(8)线反应的电位比(a)线更负，故铅溶解，析出氢气。实际H2在铅上析出过电位高。电位电位pH图应用图应用分析铅酸蓄电池正极自放电的可能性。分析铅酸蓄电池正极自放电的可能性。正极正极PbO2在贮存时也可发生自放电，在贮存时也可发生自放电，时，时，(b)线与线与(7)或或(17)线构成共轭反应，正极电极在贮存期间会析出氧线构成共轭反应，正极电极在贮存期间会析出氧气。气。(b)：2H2O 4H+O2+4e-(17)：PbO2+HSO4-+3H+2e-PbSO4+H2O(7)：PbO2+SO42-+4H+2e-PbSO4+2H2O PbO2可将可将H2O氧化成氧化成O2,自身还原为自身还原为PbSO4，实际，实际O2在在PbO2上析出的过电位高上析出的过电位高4电极衡算（-）Pb+HSO4-2e-2PbSO4+H+（+）PbO2+3H+HSO4-+2e-PbSO4+2H2O硫酸参加电化学反应，电极表面附近酸的浓度会改变。硫酸参加电化学反应，电极表面附近酸的浓度会改变。溶液中发生离子的电迁移，也会改变电极表面附近酸的浓度溶液中发生离子的电迁移，也会改变电极表面附近酸的浓度忽略对流和扩散的作用忽略对流和扩散的作用4.2.4 铅酸蓄电池正常工作的条件铅酸蓄电池正常工作的条件 1.1.氢在铅上析出具有高氢在铅上析出具有高的过电势值的过电势值 氧在正极二氧化铅上氧在正极二氧化铅上的析出过电势也高的析出过电势也高 2.2.放电产物硫酸铅在硫放电产物硫酸铅在硫酸水溶液中的溶解度酸水溶液中的溶解度低，有效地延长了电低，有效地延长了电池的循环寿命。池的循环寿命。