論鉛酸蓄電池
2010-12-31 00:00:00李艷華
現代商貿工業 2010年19期
摘 要:對鉛酸蓄電池的定義、分類、工作原理等進行詳細的分析闡述。
關鍵詞:鉛酸蓄電池;定義;分類;工作原理;故障現象
中圖分類號:TB
文獻標識碼:A
文章編號:1672-3198(2010)19-0382-02
1 鉛酸蓄電池定義
鉛酸蓄電池是蓄電池的一種，主要特點是采用稀硫酸做電解液，用二氧化鉛和絨狀鉛分別作為電池的正極和負極的一種酸性蓄電池。
放電后不能用充電的方式使內部活性物質再生的叫原電池，也稱為一次性電池。放電后可以用充電的方式使內部活性物質再生，把電能儲存為化學能，需要放電時再次把化學能轉換為電能的電池，叫蓄電池，也稱為二次電池。
2 鉛酸蓄電池分類
(1)按蓄電池極板結構分類:有形成式、涂膏式和管式蓄電池。
(2)按蓄電池蓋和結構分類:有開口式、排氣式、防酸隔爆式和密封閥控式蓄電池。
(3)按蓄電池維護方式分類:有普通式、少維護式、免維護式蓄電池。
3 鉛酸蓄電池的工作原理
3.1 鉛酸蓄電池電動勢的產生
鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛(PbO2)，在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩定物質——氫氧化鉛(Pb(OH)4)，氫氧根離子在溶液中，鉛離子(Pb4)留在正極板上，故正極板上缺少電子。鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛(Pb)，與電解液中的硫酸(H2SO4)發生反應，變成鉛離子(Pb2)，鉛離子轉移到電解液中，負極板上留下多余的兩個電子(2e)。
可見，在未接通外電路時(電池開路)，由于化學作用，正極板上缺少電子，負極板上多余電子，兩極板間就產生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。
3.2 鉛酸蓄電池放電過程的電化反應
鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負極板上的電子經負載進入正極板形成電流，同時在電池內部進行化學反應。
負極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子(Pb2)與電解液中的硫酸根離子(SO-24)反應，在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)。
正極板的鉛離子(Pb4)得到來自負極的兩個電子(2e)后，變成二價鉛離子(Pb2)，與電解液中的硫酸根離子(SO-24)反應，在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)。正極板水解出的氧離子(O-2)與電解液中的氫離子(H)反應，生成穩定物質水。
電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負極，在電池內部形成電流，整個回路形成，蓄電池向外持續放電。
放電時H2SO4濃度不斷下降，正負極上的硫酸鉛(PbSO4)增加，電池內阻增大(硫酸鉛不導電)，電解液濃度下降，電池電動勢降低。
3.3 鉛酸蓄電池充電過程的電化反應
充電時，應在外接一直流電源(充電極或整流器)，使正、負極板在放電后生成的物質恢復成原來的活性物質，并把外界的電能轉變為化學能儲存起來。
在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子(Pb2)和硫酸根負離子(SO-24)，由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子(Pb2)不斷放出兩個電子來補充，變成四價鉛離子(Pb4)，并與水繼續反應，最終在正極極板上生成二氧化鉛(PbO2)。
在負極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子(Pb2)和硫酸根負離子(SO-24)，由于負極不斷從外電源獲得電子，則負極板附近游離的二價鉛離子(Pb2)被中和為鉛(Pb)，并以絨狀鉛附著在負極板上。
電解液中，正極不斷產生游離的氫離子(H)和硫酸根離子(SO-24)，負極不斷產生硫酸根離子(SO-24)，在電場的作用下，氫離子向負極移動，硫酸根離子向正極移動，形成電流。充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會發生水的電解反應。
3.4 鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化
從上面可以看出，鉛酸蓄電池放電時，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降。從上面可以看出，鉛酸蓄電池充電時，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。實際工作中，可以根據電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度。
4 鉛酸蓄電池的常見故障現象及處理
4.1 極板硫酸鹽化的現象及處理
正常蓄電池在放電后，正負極板上的活性物質，大都變成松軟硫酸鉛的小結晶，均勻地分布在極板中，在充電時容易恢復成原來的二氧化鉛和海綿狀鉛，這是一種正常的硫酸化作用。處理極板硫酸鹽化方法:
(1)過充電法。
(2)反復充電法。
(3)水療法。
4.2、極板彎曲和斷裂的原因及處理
電池在使用壽命終止后，由于板柵腐蝕、強度變小、造成極板斷裂，尤其正極板表現更為嚴重，這屬于正常的壽命終止。但由于使用維護不當，會造成極板的彎曲和加速板柵的腐蝕，如極板斷裂嚴重，應更換極群裝入電池，換入的極群應與電池中極群的新舊程度不宜相差過多，因為極群串聯接入電池后，即使是新極板也會受到其他單格舊極群的制約而不能發揮更好的效率。如果極板有少量的大筋斷裂，(對大型，固定型電池或厚型極板而言)可將斷裂處銼出金屬光澤，進行焊補修理。
4.3 活性物質過量脫落的原因及處理
將電池的極群取出，檢查沉淀槽中的沉淀物，如果是活性物質少量脫落，在電池正常工作的范圍內是允許的，活性物質過量脫落，一方面造成電池容量下降，另一方面容易在電池底部造成正負極板短路，使電池使用壽命及早終止。如果因為活性物質脫落，引起極板底部短路，則需要將極群抽出，取出沉淀物，清除極板短路部位，將極群裝入電池，更換新的電解液，再以較小電流充電，并在充電后期調整電解液密度和液面高度，使電池恢復使用。
4.4 短路現象的檢查和處理
蓄電池內部短路的原因是，導電物體落入電池內造成正負極板短路，或是焊接裝配時有“鉛豆”在正負極之間造成短路。隔板穿孔或孔徑太大使極板在充放電時形成的“鉛絨“穿透隔板，造成短路，極板彎曲變形而損壞隔板或活性物質脫落，沉淀在極板下緣造成短路。
擰開排氣栓，直接觀察有無導體落入造成極板之間的短路，如有則取出導電物體。對電池充電，正負極板之間不冒氣泡，用溫度計測量，正負極板間溫度較高，此時可用薄塑料片插入，慢慢移動，清除極板間的短路物體。不能直接消除時，將發生故障的單格電池極群組取出，清理導電物體和沉淀物，檢查隔板有無破損，如有則更換隔板，修復電池。
4.5 反極現象的檢查和處理
反極現象反映在兩個方面，一是由于裝配中單格電池極群組接反，另一方面是電池在使用中，由于某個單格電池容量降低，甚至完全喪失容量，這時這個電池不但不會放電，反而會被反充，使原來的負極變成正極，原來的正極變成負極。
電池灌好電解液后，首先用電壓表進行測量電池端電壓，對額定電壓為12伏的電池，如測量電壓為8伏左右，說明1個單格電池反極，如測量電壓為4伏左右，說明兩個單格反極，然后分別測量各單格電池，如極性相反，說明該單格電池反極。這些在裝配造成反極的電池，必須進行返工修理。因為正負極板填加劑不一樣，即使繼續充電將正負極板強行轉換，其容量和壽命也會受到很大影響。
4.6 容量降低現象的分析
電池容量如果逐漸降低，檢查極板是否有硫酸鹽化現象，電解液是否混入了有害雜質，電池是否有局部短路現象。電池因使用時間較長是否有板柵腐蝕，極板斷裂，活性物質過量脫落，并分別采取處理措施。
4.7 電壓異?，F象的分析
電池充好電以后，每個單格電池的電壓應該在2.1伏左右。電池使用初期電壓偏低，應檢查充電是否完全，電解液密度是否偏低。電池在充電時電壓偏高，同時有大量氣泡出現，而在放電使用時電壓很快降低，此時說明極板已經硫酸鹽化，應進行處理。電池在使用中，開路電壓明顯降低，有時相差很多，應檢查電池是否有反極，短路現象，并按照本書前面所講的方法進行修復處理。
4.8 冒氣異?，F象的分析
電池使用后進行充電，在充電末期不冒氣或冒氣少，說明充電電流太小，或電池充電還未充足。電池在充足電后不冒氣，說明電池內部有短路現象，在短路的極板之間不冒氣，而未短路的極板之間冒氣，這樣在單格電池內便出現冒氣少或冒氣不均勻的現象。
電池在充電中冒氣太早并且大量冒氣，說明極板有硫酸鹽化現象，需要進行反復充電處理。有時電池在放置或在放電過程中冒氣，說明電解液雜質較多，需要更換純凈的電解液。
4.9 電解液溫度高現象的分析
正常充電時電解液溫度高，有時超過45℃，這時應檢查是否充電電流太大。應使電流小于0.1C20安培，或改用0.05C20安培充電，如果溫度還降不下來，應考慮電池內部極板短路，或極板硫酸鹽化，前者電流集中在短路部位發熱升溫，后者硫酸鉛電阻大，電壓大部分消耗在電阻上而發熱，使電解液溫度升高，這就需要對電池故障進行綜合判斷后處理。
