铅酸电池：原理、应用和历史发展

铅酸电池的发明距今已有150年，由于它以酸性水溶液为电解质，电极以铅及其氧化物为材料，故称为铅酸电池。铅酸电池正极活性物质的主要成分为二氧化铅，负极活性物质的主要成分为绒状铅，隔板由微孔橡胶、颜料玻璃纤维等材料制成，电解液由浓硫酸和净化水配制而成。

图4-8 铅酸电池的结构

铅酸电池外形各异，但主要构成部件相似，主要包括正极板、负极板、隔板、电解液、壳体、极柱、排气阀等，如图4-8所示。铅酸电池单体内还有链条、极柱、液面指示器等零部件。上述电池构造构成一个电池单体（cell）。为了增加铅酸电池的容量，一般由多块极板组成极群，即多块正极板和多块负极板分别用连接条（汇流排）焊接在一起，共同组成电池（battery）。传统内燃机汽车用的12V铅酸起动电池就是由6个独立的铅酸电池单体组成的。

铅酸电池的反应原理如图4-9所示，其电化学反应被称为双硫化反应，正极成流反应为

负极成流反应为

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电池总反应为

铅酸电池作为电动汽车的能量源，虽有能量密度低、使用寿命短等诸多不足，但由于它具有技术成熟、可大电流放电、适用温度范围宽和无记忆效应等性能上的优点，并且原材料易于获取，其使用成本远远低于镍氢和锂离子等高能电池。而且电池结构方面的新技术继续提高着铅酸电池的性能，尤其是阀控铅酸电池，其比能量、比功率、使用寿命和快速充电性能等都高于普通铅酸电池。

铅酸电池广泛应用于生产和生活的各个部分。作为起动、点火、照明电池，主要用于汽车、摩托车、内燃机车和电力机车；作为工业用铅酸电池，主要用于邮电、通信、发电厂和变电所开关控制设备以及计算机备用电源等；作为阀控密封式铅酸电池，可用于应急灯、UPS、电讯、广电、铁路和航标等；作为动力电池，主要用于电动汽车、高尔夫球车、电动叉车、矿用车等，而且在一定时间内铅酸电池仍然会在这些低端低速纯电动车辆中得到使用。

图4-9 铅酸电池的反应原理

随着社会各界对环境问题的重视，铅酸电池中的硫酸以及铅、锑、砷、镍等重金属会对环境产生污染成为限制其发展和应用的一个重要因素。如铅主要作用于神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等器官，能抑制血红蛋白的合成代谢，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿的毒害很大，它将导致儿童身体发育迟缓，慢性铅中毒的儿童智力低下。