早在1801年，一位名名叫Nicolas Gautherot法國科學(xué)家觀察到，在電解測試中，即使主電池?cái)嚅_，也存在極少量的電流。而在1859年，一位名名叫Gatson的科學(xué)家開發(fā)了鉛酸電池，這是第一個(gè)通過反向電流進(jìn)行充電的電池。

這是鉛酸電池的最初版本，后來Camille Alphonse Faure隨后對其進(jìn)行了許多改進(jìn)。最終，亨利·都鐸(Henri Tudor)于1886年發(fā)明了實(shí)用型鉛酸電池。為此，本文簡單來介紹下鉛酸電池的結(jié)構(gòu)、工作原理和主要類型。

基本結(jié)構(gòu)

鉛酸電池屬于可充電電池和二次電池的分類，盡管電池的能量與體積、能量與重量的比例最小，但鉛酸電池具有提供增加的浪涌電流的能力。這對應(yīng)于鉛酸電池具有大量的功率重量比。

這些是利用過氧化鉛和海綿鉛將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電池。這些主要用于變電站和電力系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兲岣吡穗姵仉妷核胶妥畹统杀尽?/p>

在鉛酸電池結(jié)構(gòu)中，極柱和容器是關(guān)鍵部件。下面簡單說明下每個(gè)組件的詳細(xì)功能，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：

1、容器

容器部件由硬橡膠、鉛涂層木材、玻璃、由瀝青元素制成的硬橡膠、陶瓷材料或鍛造塑料制成，它們放置在頂部以消除任何類型的電解液放電。而在容器底部，有四個(gè)肋拱，其中兩個(gè)放置在正極板上，另量個(gè)放置在負(fù)極板上。

另外，棱鏡充當(dāng)兩個(gè)板的底座，此外它還保護(hù)板免受短路。用于制造容器的部件應(yīng)不含硫酸，也不應(yīng)彎曲或滲透，而且還要不含有任何會導(dǎo)致電解質(zhì)損壞的雜質(zhì)。

2、極柱

鉛酸電池中的極柱以不同的方式構(gòu)造，并且都由類似類型的網(wǎng)格組成，該網(wǎng)格由活性成分和鉛構(gòu)成。網(wǎng)格對于建立電流的導(dǎo)電性和將等量的電流傳播到主動組件至關(guān)重要。如果分布不均勻，那么主動元件就會松動。

鉛酸電池中的極板有兩種形式，分別是植物板/成型板和浮雕板/粘貼板。

成型板主要用于靜態(tài)電池，重量大，價(jià)格昂貴。但它們具有較長的耐用性，即使在連續(xù)充電和放電過程中也不易失去活性成分，并且具有最小的重量比例。

粘貼工藝板多用于制作負(fù)極板，而不是正極板。負(fù)極主動元件有些復(fù)雜，它們在充電和放電過程中經(jīng)歷了輕微的修改。

3、主動組件

主要在充電和放電時(shí)積極參與電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程的成分稱為主動組件，包括：

過氧化鉛——形成一種正極主動組件。

海綿鉛——這種材料形成了負(fù)極主動組件。

稀硫酸——主要用作電解質(zhì)。

4、隔板

這些是由多孔橡膠、涂層鉛木和玻璃纖維制成的薄片。隔板位于極柱之間以提供主動絕緣。它們的一側(cè)具有凹槽形狀，而其他邊緣則具有光滑的飾面。

5、電池邊緣

它具有直徑為17.5毫米和16毫米的正邊緣和負(fù)邊緣。

工作原理

由于硫酸在電池中用作電解質(zhì)，當(dāng)它溶解時(shí)，其中的分子以SO4 –(負(fù)離子)和2H+(正離子)的形式分散，它們將自由運(yùn)動。當(dāng)這些電極浸入溶液中并提供直流電源時(shí)，正離子將發(fā)生運(yùn)動并朝著電池負(fù)邊緣的方向移動。同理，負(fù)離子也會有運(yùn)動，朝著電池正邊的方向移動。

每個(gè)氫離子和硫酸根離子從陰極和陽極收集一個(gè)和兩個(gè)電子和負(fù)離子，它們與水發(fā)生反應(yīng)。生成氫氣和硫酸。而由上述反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物與氧化鉛反應(yīng)并形成過氧化鉛。這意味著在充電過程中;鉛陰極元件本身保持為鉛，而鉛陽極形成為深棕色的過氧化鉛。

當(dāng)沒有直流電源時(shí)，如果在電極之間使用電壓表連接時(shí)，它會顯示電極之間的電位差。當(dāng)電極之間有導(dǎo)線連接時(shí)，電流將通過外部電路從負(fù)極板流向正極板，這意味著電池具有提供電能形式的能力。

主要類型

鉛酸電池類型主要分為五種，下面依次介紹下。

1、滿液式——這是傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火式，具有牽引式電池。電解液在電池部分自由移動。使用這種類型的人可以訪問每個(gè)電池，當(dāng)電池干涸時(shí)，他們可以向電池加水。

2、密封型——這種鉛酸電池只是對浸沒型電池的一個(gè)小改動。盡管人們無法接觸到電池中的每個(gè)電池，但內(nèi)部設(shè)計(jì)幾乎與淹沒型電池相似。這種類型的主要變化是存在足夠量的酸來承受整個(gè)電池壽命期間化學(xué)反應(yīng)的平穩(wěn)流動。

3、VRLA型——這些被稱為閥控式鉛酸電池，也稱為密封型電池。數(shù)值控制程序允許在充電時(shí)安全釋放O2和H2氣體。

4、AGM型——這是一種吸收玻璃磨砂型電池，允許電解液在極板材料附近停止。這種電池增強(qiáng)了放電和充電過程的性能。這些特別適用于動力運(yùn)動和發(fā)動機(jī)啟動應(yīng)用。

5、凝膠型——這是一種濕式鉛酸電池，其中該電池中的電解質(zhì)與二氧化硅有關(guān)，這會使材料變硬。與其他類型的電池相比，電池的充電電壓值最小，并且它也具有更高的靈敏度。

化學(xué)反應(yīng)

電池中的化學(xué)反應(yīng)主要發(fā)生在放電和再充電過程中。當(dāng)電池完全放電后，正負(fù)極分別為PbO2和Pb。當(dāng)這些使用電阻連接時(shí)，電池會放電，并且電子在充電時(shí)具有相反的路徑。H2離子向陽極移動并成為原子。它與PbO2接觸，從而形成白色的PbSO4 。

同樣，硫酸根離子向陰極移動，到達(dá)后形成SO4。它與鉛陰極反應(yīng)，從而形成硫酸鉛。其化學(xué)式如下：

PbSO4 + 2H = PbO + H2O

PbO + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O

PbO2 + H2SO4 + 2H = PbSO4 + 2H2O

在再充電過程中，陰極和陽極與直流電源的負(fù)邊沿和正邊沿相連。正H2離子向陰極方向移動，它們獲得兩個(gè)電子并形成H2原子。它與硫酸鉛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鉛和硫酸。

PbSO4 + 2H2O + 2H = PbSO4 + 2H2SO4

兩個(gè)過程的組合方程表示如下圖所示：

注意：這里向下的箭頭表示放電，向上的箭頭表示充電過程。

生命周期

鉛酸電池的最佳功能溫度為25°C，即77°F。溫度范圍的增加會縮短使用壽命。根據(jù)規(guī)則，溫度每升高80°C，電池的半衰期就會縮短。而在25°C下工作時(shí)鉛酸電池壽命為10年。而當(dāng)在33°C下運(yùn)行時(shí)，它的壽命只有5年。

主要應(yīng)用

鉛酸電池的應(yīng)用非常的廣泛，下面簡單列舉一部分，如下：

用于應(yīng)急照明，為污水泵提供電力。

用于電動機(jī)。

潛艇。

核潛艇。

總結(jié)

鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。它具有價(jià)格便宜、組成簡單、再生利用、性能穩(wěn)定、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢特點(diǎn)，因而被廣泛的應(yīng)用。