铅酸蓄电池基础原理及特点

（一）铅酸蓄电池的结构

1.极板

蓄电池极板分为正极板和负极板，它们都以铅-锑合金浇铸成的栅架为骨架，在栅架上填充活性物质制成极板，正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），呈深棕色；负极板上的活性物质是海绵状的纯铅（Pb），呈青灰色，如图2-7所示。将活性物质调成糊状填充在栅架的空隙里并进行干燥即形成极板。为了增加电瓶容量，每个单个蓄电池是由多个正负极板组成的极板组，每个正极板处在两个负极板中间，使正极板两边充放电均匀。

图2-7　极板

2.隔板

隔板插放在正负极板之间，以防止正负极板互相接触造成短路。隔板应耐酸并具有多孔性，以便于电解液的渗透。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。其中，木质隔板耐酸性较差；微孔橡胶隔板性能最好但成本较高；微孔塑料隔板孔径小、孔率高、成本低，被广泛采用。还有将微孔塑料隔板作成袋状，包裹着正极，可以防止活性物质脱落。

3.壳体

壳体用于盛放电解液和极板组，具有耐酸、耐热、耐震性能。壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成，为整体式结构，底部有凸起的肋条以搁置极板组，用来支撑极板组，并使极板上脱落下来的活性物质落入凹槽中，防止极板短路。壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格（此单格根据蓄电池的电压而定，每个单格电压2 V），各单格之间用铅质链条串联起来，壳体上部使用相同材料的电池盖密封，电池盖上设有对应于每个单格电池的加液孔，用于添加电解液和蒸馏水，以及测量电解液密度、温度和液面高度。加液孔盖上的通风孔可使蓄电池化学反应中产生的气体排出，如图2-8所示。

图2-8　蓄电池壳体剖析图

4.电解液

电解液在蓄电池的化学反应中，起到离子间导电的作用，并参与蓄电池的化学反应。电解液由纯硫酸（H2SO4）与蒸馏水按一定比例配制而成，其密度一般为1.23~1.31 g/cm3，如图2-9所示。

图2-9　电解液密度配比示意图

电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响。密度大，可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大，黏度增加，反而降低蓄电池的容量，缩短使用寿命。电解液密度应随地区和气候条件而定，表2-2列出了不同地区和气温下的电解液的密度。另外，电解液的纯度也是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素之一。

表2-2　电解液的密度与气候条件

（二）铅酸蓄电池基础原理

蓄电池是一种化学电源，靠其内部的化学反应来储存电能及向用电设备供电。其放电的化学反应是依靠正极板活性物质（二氧化铅）和负极板活性物质（海绵状纯铅）在电解液（稀硫酸溶液）的作用下进行，如图2-10所示。

PbO2+2H2SO4+Pb＝＝PbSO4+2H2O+PbSO4

图2-10　蓄电池的基础原理图

1.铅酸蓄电池的放电特征

①活性物质PbO2和Pb均逐渐变为PbSO4。

②放电过程中，电解液密度下降。可通过电解液密度判断放电程度，如图2-11所示。

③蓄电池内阻逐渐增大。

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图2-11　蓄电池放电原理图

2.铅酸蓄电池的充电过程

将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电过程，它是放电反应的逆过程，如图2-12所示。

图2-12　蓄电池充电原理图

（三）铅酸蓄电池的分类

铅酸蓄电池结构简单、价格便宜、内阻小、可以短时间供给启动机强大的启动电流而被广泛采用。

铅酸蓄电池又可以分为普通铅酸蓄电池、干荷电铅酸蓄电池、湿荷电铅酸蓄电池和免维护铅酸蓄电池。

铅酸蓄电池的类型及特点见表2-3。

表2-3　铅酸蓄电池类型

（四）铅酸蓄电池的特点

1.铅酸蓄电池的优点

①除锂离子电池，铅酸蓄电池电压最高，为2.0 V。

②价格低廉。

③可制成小至1 A·h大至几千A·h各种结构的蓄电池。

④高倍率放电性能良好，可用于引擎启动。

⑤高低温性能良好，可在-40~60℃条件下工作。

⑥电能效率高达60%。

⑦易于浮充使用，没有“记忆”效应。

⑧易于识别荷电状态。

2.铅酸蓄电池的缺点

①比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶里程短。

②使用寿命短，使用成本高。

③充电时间长。

④铅是重金属，存在污染。