充放电工作原理解析-从零起步轻松学电动自行车养护与修理问答

蓄电池在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。铅酸蓄电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。蓄电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学蓄电池。铅酸蓄电池是能反复充电、放电的蓄电池，所以又称为二次蓄电池。它的电压是2V，通常把3个铅酸蓄电池串联起来使用，电压是6V。汽车上用的是6个铅酸蓄电池串联成12V的蓄电池组。电动自行车用的蓄电池一般采用6节单格蓄电池串联成的12V蓄电池组；或由3个蓄电池组组成36V供电电源，也有采用4个蓄电池组组成48V供电电源。铅酸蓄电池在使用一段时间后要补充硫酸，使电解质保持含有22%～28%的稀硫酸。

充放电反应式如下：

正极反应式为

负极反应式为

总反应式为

在反应式中，向右反应是放电，向左反应是充电。

蓄电池的应用十分广泛，可用于UPS、交通工具、滑板车、汽车、风能和太阳能系统、安全报警等方面。

铅酸蓄电池是把能量以化学能形式存储，需要时化学能以电能释放出来的一种装置。把电能以化学能形式存储的过程叫充电，需要时化学能以电能释放出来的过程叫放电。它重复上述的充电和放电过程，所以又叫二次蓄电池。

铅酸蓄电池的整个充电和放电过程都是在电化反应中实现的，可以把铅酸蓄电池作为一个电化反应体系，其电化反应系是。蓄电池在充、放电过程中进行如下的反应：

1.放电

蓄电池对外做功时开始放电。外部电流从正极流出，经负载（R）流向负极，内部流向则是从负极流向正极。在蓄电池内部，SO₄^2-离子迁移到正极，负极上的Pb²⁺原子放出两个电子，Pb²⁺与SO₄^2-中和生成PbSO₄。其反应式为

由于负极上失去的两个电子经外电路流向正极，正极上的二氧化铅从外电路得到两个电子后，Pb⁴+离子变成Pb²⁺离子，它和SO₄^2-反应生成PbSO₄，反应式为

铅酸蓄电池的放电示意图如图1-40所示。(www.xing528.com)

铅酸蓄电池放电中的化学反应是：连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应，生成新化合物硫酸铅。经由放电后硫酸成分从电解液中释出，放电越久，硫酸浓度越稀薄。所消耗的成分与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，即可测其密度，就可得知放电量或残余电量。

图1-40 铅酸蓄电池的放电示意图

2.充电

充电是蓄电池的再生功能。充电时，整个电源将负极电子流输送到蓄电池的正极，负极PbSO₄不断地离解为Pb²⁺和SO₄^2-，Pb2+离子取得外电路输送来的两个电子，立即还原成多孔金属Pb。SO₄^2-离子立即和H+离子还原为硫酸。反应式为：

在正极上，PbSO4不断地离解为Pb2+和SO24-，Pb2+离子失去两个电子被氧化成Pb⁴⁺离子，它又与水中的氧离子生成PbO₂。反应式为

由于铅酸蓄电池电解液的主要成分是硫酸和水，在充电时，会使水的成分减少，而使硫酸的成分增加，即电解液密度上升，随着充电时间的延长（4～8h），浓度逐渐恢复到原来的水平。同时，在充电过程中，两极的活性物质逐渐还原，当两极的活性物质还原到原来的状况时，即表示充电已结束。

铅酸蓄电池的充电示意图如图1-41所示。

图1-41 铅酸蓄电池的充电示意图

铅酸蓄电池充电中的化学变化是：由于放电时在阳极板、阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸、铅及过氧化铅，因此蓄电池内电解液的浓度逐渐增加，即电解液的密度上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态。当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。

3.充放电总反应

铅酸蓄电池充、放电的总化学反应式为