铅酸蓄电池的理论基础及电性能术语介绍

法拉第定律（Faraday′s law）、化学热力学（chemical ther-modynamics）与电化学动力学（electrochemical kinetics）的定律与法则构成了铅酸蓄电池的理论基础。它们决定了铅酸蓄电池的电量（容量）、电动势和充放电的电流强度或电流密度。我们不可能背离上述理论去提高铅酸蓄电池的电性能。

电池（cell；electric cell；electrochemical cell）是电化学反应器的总称。电池由两个电极和它们之间的电解质组成。当电流通过电池时，电极的金属/电解质界面上发生电子交换，形成电极反应，从而产生电化学的各种效应。当用电池使化学能转化为电能，或通过化学反应产生电流时，即为自发电池（voltaic cell；galvanic cell），如放电的铅酸蓄电池即自发电池或称之为化学电源；反之，当用电池使电能转化为化学能，使电流产生化学反应时，即为电解电池，充电的铅酸蓄电池即是。电池的另一意义是单个（组）的化学电源，如干电池、铅酸蓄电池（组）。光电转化的物理电源或器件也称电池，如太阳电池（solar cell；solar battery）。

电池组（battery） 是由多个单体电池以串联或并联方式连接成的独立单元，习惯上也常简称电池。如由6个单体铅酸蓄电池串联成的汽车起动用蓄电池组，也可简称为蓄电池。

电极（electrode） 是电池的组成部分。由金属（包括导电的石墨等）电子导体和与它紧密接触的电解质（离子导体）联合构成。习惯上常把电极的金属部分直接称为电极。如铅酸蓄电池的正、负极板和H₂SO₄（溶液）构成电极。

放电特性曲线（discharge curves；discharge characteristics） 通常指电池在不同温度下，分别以不同的电流值放电时，电池电压对于放电时间的关系曲线。电池放电时的电压值不仅依赖于放电电流、温度和时间，而且与自身的种类和结构有关。

充电特性曲线（charge curves；charge characteristics） 通常指蓄电池在不同温度下，分别以不同的电流值恒流充电时，蓄电池电压对于充电时间的关系曲线；或者分别以不同的电压进行恒电压充电时，充电电流对于充电时间的关系曲线。蓄电池的充电特性曲线依赖于自身的种类和结构、荷电状态与新旧程度、充电的电流值或电压值以及电解液的浓度和温度。有些情况下，充电特性曲线指的是充电时充电电压与充电电流的关系曲线。

蓄电池寿命（battery life） 包括蓄电池使用寿命、循环寿命、搁置寿命及涓流充电寿命等。规定条件下，蓄电池的有效寿命期限称为使用寿命（service life），如起动用铅酸蓄电池约为3～5年或更长，固定型铅酸蓄电池约为15～20年。规定条件下，蓄电池的容量降至额定容量的80%（如固定型阀控密封式铅酸蓄电池）或50%（如小型阀控密封式铅酸蓄电池）之前的充放电循环次数称为循环寿命（cycle life）。激活后的蓄电池或原电池在特定条件下仍能保持规定电性能要求的贮存时间称为搁置寿命（shelf life；storage life），又称贮存寿命。规定条件下蓄电池接受涓流充电，其容量降至额定容量之前经历的涓流充电时间称为涓流充电寿命，如小型阀控密封式铅酸蓄电池不应低于两年。

电解质（electrolyte） 一般是指离子导体。可以是固体电解质、电解质溶液或熔盐。电解质的作用是在电池中与电子导体形成界面，构成电极，同时参与导电，形成电池内部的电流回路，使电池得以工作。习惯上电解质也指能与溶剂（如水）组成电解质溶液（如硫酸溶液）并在溶液中产生正、负离子（如H⁺和HSO₄^-离子）的物质（如H₂SO₄）。有些离子晶体（如NH₄Cl）的离子将直接溶剂化而进入溶液，这些物质称为真实电解质。有些物质并非由离子组成，但它们溶解时与溶剂发生化学反应（如盐酸溶于水），产生正、负离子，这些物质称为潜在电解质。

电解质溶液（electrolyte solution） 一般是指含有正、负离子的液体溶液，如H₂SO₄水溶液等。它们也可以是电池中的离子导体，简称电解液，也可以直接称之为电解质。

电动势E 铅酸蓄电池的电动势是硫酸溶液中的正极平衡电位φ_e，+与负极平衡电位φ_e，-之差，即

开路电压（open circuit voltage，OCV；off-load voltage） 没有电流在外电路通过时，蓄电池正、负极的电位降。铅酸蓄电池的可逆性好，开路电压很接近电动势。

工作电压（operating voltage；working voltage） 蓄电池放电时的电压。如果用E表示蓄电池的电动势，I表示放电电流，r表示蓄电池内阻，工作电压U服从全电路欧姆定律，即

U=E-Ir

工作电压有时指蓄电池放电过程中相对平稳的放电电压或电压范围。

容量（capacity） 一定条件下蓄电池实际所能输出的电量，通常以安·时（A·h）为单位，符号为C。如果放电电流为I（A），放电时间为t（h），则容量。蓄电池的容量不是定值，除温度等因素外，容量取决于放电电流的大小。

放电率（discharge rate；rate of discharge）以恒定电流大小表示的蓄电池放电速率，常用两种方法表示。

（1）小时（h）率 用放电时间的小时数标明的放电电流值，如一只蓄电池的20h率放电电流I₂₀=3A，即这只蓄电池在20h率放电的条件下，其容量C=3A·20h=60A·h。60A·h这一特定值不能用来换算另外小时率的放电电流值。例如得出10h率的放电电流为6A是不对的。(www.xing528.com)

（2）C放电率或蓄电池额定容量C的倍率 用放电电流（A）的数值与蓄电池额定容量（A·h）数值的比值（倍率）来标明的放电电流的大小。如1只蓄电池的额定容量为60A·h，放电电流为3A、60A或600A，则放电倍率分别为0.05C（0.05倍率），1C（1倍率）或10C（10倍率）。

放电深度（depth f discharge；DOD）蓄电池放出电量与其实际容量的比值，通常用百分数表示。

活性物质 蓄电池中参加电极反应的物质。就铅酸蓄电池而言，负极的海绵状金属铅、硫酸铅，正极的二氧化铅、硫酸铅，电解液中的硫酸和水都是活性物质。在工业生产中，活性物质也指生成正、负极活性物质的原材料铅粉（铅和氧化铅的混合物）。

活性物质利用率 蓄电池的实际容量与电极上活性物质理论容量的比值。理论容量是按照法拉第定律计算出来的。例如一只铅酸蓄电池负极上海绵状铅与硫酸铅共有2mol，正极上二氧化铅与硫酸铅共有2.2mol，这只蓄电池实际容量60.0A·h。那么

负极理论容量为2×26.80A·h·mol^-1×2.0mol=107.2A·h

正极理论容量为2×26.80A·h·mol^-1×2.2mol=117.9A·h即可求出负极、正极的活性物质利用率分别为56.0%与50.9%。

工业生产中也常常用蓄电池容量（按照法拉第定律）理论上所需活性物质的量与实际上投入的量的比值来表示或计算活性物质利用率。这和前述的定义是完全等同的。

比特性（specific characteristics）单位质量或体积的蓄电池实际电性能的统称。如蓄电池的比能量、比功率通常用W·h·kg^-1、W·kg^-1表示，能量密度通常用W·h·L^-1表示。

为避免不必要的误解，这里说一下蓄电池中电极的命名。

电极电位高的一极称为正极（positive electrode）。

电极反应

这一极在放电时发生还原反应，称阴极（cathode）；充电时发生氧化反应，称阳极（anode）。

电极电位低的一极称为负极（negative electrode）。

电极反应

这一极在放电时发生氧化反应，称阳极；充电时发生还原反应，称阴极。