鉛蓄電池的構(gòu)造及工作原理

　　鉛蓄電池的構(gòu)造

　　鉛蓄電池的組成：極板、隔板、殼體、電解液、鉛連接條、極柱等。

　　1．正、負(fù)極板

　　分類及構(gòu)成：極板分正極板和負(fù)極板兩種，均由柵架和填充在其上的活性物質(zhì)構(gòu)成。

　　作用：蓄電池充、放電過程中，電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換，就是依靠極板上活性物質(zhì)和電解液中硫酸的化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。

　　顏色區(qū)分：正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），呈深棕色；負(fù)極板上的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛（Pb），呈青灰色。

　　柵架的作用：容納活性物質(zhì)并使極板成形。

　　極板組：為增大蓄電池的容量，將多片正、負(fù)極板分別并聯(lián)焊接，組成正、負(fù)極板組。

　　安裝的特別要求：安裝時(shí)正負(fù)極板相互嵌合，中間插入隔板。在每個(gè)單體電池中，負(fù)極板的數(shù)量總比正極板多一片。

　　2．隔板

　　作用：為了減小蓄電池的內(nèi)阻和尺寸，蓄電池內(nèi)部正負(fù)極板應(yīng)盡可能地靠近；為了避免彼此接觸而短路，正負(fù)極板之間要用隔板隔開。

　　材料要求：隔板材料應(yīng)具有多孔性和滲透性，且化學(xué)性能要穩(wěn)定，即具有良好的耐酸性和抗氧化性。

　　材料：常用的隔板材料有木質(zhì)隔板、微孔橡膠、微孔塑料、玻璃纖維和紙板等。

　　安裝要求：安裝時(shí)隔板上帶溝槽的一面應(yīng)面向正極板。

　　3．殼體

　　作用：用來盛放電解液和極板組

　　材料：由耐酸、耐熱、耐震、絕緣性好并且有一定力學(xué)性能的材料制成。

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：殼體為整體式結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)部由間壁分隔成3個(gè)或6個(gè)互不相通的單格，底部有突起的肋條以擱置極板組。肋條之間的空間用來積存脫落下來的活性物質(zhì)，以防止在極板間造成短路，極板裝入殼體后，上部用與殼體相同材料制成的電池蓋密封。在電池蓋上對(duì)應(yīng)于每個(gè)單格的頂部都有一個(gè)加液孔，用于添加電解液和蒸餾水，也可用于檢查電解液液面高度和測(cè)量電解液相對(duì)密度。

　　4．電解液

　　作用：電解液在電能和化學(xué)能的轉(zhuǎn)換過程即充電和放電的電化學(xué)反應(yīng)中起離子間的導(dǎo)電作用并參與化學(xué)反應(yīng)。

　　成分：它由純硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成，而其密度一般為1.24～1.30g/ml。

　　特別注意點(diǎn)：電解液的純度是影響蓄電池的性能和使用壽命的重要因素。

　　5．單體電池的串接方式

　　蓄電池一般都由3個(gè)或6個(gè)單體電池串聯(lián)而成，額定電壓分別為6V或12V。

　　串接方式：?jiǎn)误w電池的串接方式一般有傳統(tǒng)外露式、穿壁式和跨越式三種方式。

　　這種連接方式工藝簡(jiǎn)單，但耗鉛量多，連接電阻大，因而起動(dòng)時(shí)電壓降大、功率損耗也大，且易造成短路。

　　穿壁式連接方式：是在相鄰單體電池之間的間壁上打孔供連接條穿過，將兩個(gè)單體電池的極板組極柱連焊在一起。

　　跨越式連接方式：在相鄰單體電池之間的間壁上邊留有豁口，連接條通過豁口跨越間壁將兩個(gè)單體電池的極板組極柱相連接，所有連接條均布置在整體蓋的下面。

　　穿壁式和跨越式連接方式與傳統(tǒng)外露式鉛連接條連接方式相比，有連接距離短、節(jié)約材料、電阻小、起動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。

　　鉛蓄電池的工作原理

　　鉛蓄電池由正極板群、負(fù)極板群、電解液和容器等組成。充電后的正極板是棕褐色的二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板是灰色的絨狀鉛（Pb），當(dāng)兩極板放置在濃度為27%～37%的硫酸（H2SO4）水溶液中時(shí)，極板的鉛和硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，二價(jià)的鉛正離子（Pb2+）轉(zhuǎn)移到電解液中，在負(fù)極板上留下兩個(gè)電子（2e-）。由于正負(fù)電荷的引力，鉛正離子聚集在負(fù)極板的周圍，而正極板在電解液中水分子作用下有少量的二氧化鉛（PbO2）滲入電解液，其中兩價(jià)的氧離子和水化合，使二氧化鉛分子變成可離解的一種不穩(wěn)定的物質(zhì)——?dú)溲趸U〔Pb（OH）4）。氫氧化鉛由4價(jià)的鉛正離子（Pb4+）和4個(gè)氫氧根〔4（OH）-〕組成。4價(jià)的鉛正離子（Pb4+）留在正極板上，使正極板帶正電。由于負(fù)極板帶負(fù)電，因而兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)接通外電路，電流即由正極流向負(fù)極。在放電過程中，負(fù)極板上的電子不斷經(jīng)外電路流向正極板，這時(shí)在電解液內(nèi)部因硫酸分子電離成氫正離子（H+）和硫酸根負(fù)離子（SO42-），在離子電場(chǎng)力作用下，兩種離子分別向正負(fù)極移動(dòng)，硫酸根負(fù)離子到達(dá)負(fù)極板后與鉛正離子結(jié)合成硫酸鉛（PbSO4）。在正極板上，由于電子自外電路流入，而與4價(jià)的鉛正離子（Pb4+）化合成2價(jià)的鉛正離子（Pb2+），并立即與正極板附近的硫酸根負(fù)離子結(jié)合成硫酸鉛附著在正極上。

　　鉛酸蓄電池用填滿海綿狀鉛的鉛板作負(fù)極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用1.28%的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時(shí)，金屬鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時(shí)，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)起來使用，電壓是6V。汽車上用的是6個(gè)［2］鉛蓄電池串聯(lián)成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時(shí)間后要補(bǔ)充蒸餾水，使電解質(zhì)保持含有22～28%的稀硫酸。

　　放電時(shí)，正極反應(yīng)為：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O

　　負(fù)極反應(yīng)： Pb + SO42- - 2e- = PbSO4

　　總反應(yīng)： PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O （向右反應(yīng)是放電，向左反應(yīng)是充電）
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