铅酸电池原理


铅酸电池原理

铅酸电池(铅蓄电池)又名镍氢电池、锰酸锂电池、硫酸镍氢电池、铅酸电池、二极管电池等 。铅蓄电池可广泛应用于各种家用电器,如计算机、电冰箱、洗衣机、电视机、微波炉、空调等家用电器与电动工具、电动滑板车等汽车动力工具上 。还广泛应用于交通运输、照明、小电器、船舶动力等领域 。蓄电池中含有铅是不完全金属元素,对其化学成分无特殊要求,而且具有优良的耐热性能和较长寿命 。
1.锂离子电池
锂离子电池是以锂离子为正极,电解液是以锂盐为负极的一种电池,与传统的铅酸电池相比,锂离子电池在安全性、循环寿命、高温稳定性、成本等方面都有很大优势,它不仅在性能上领先于传统铅酸电池,而且其容量和能量密度在很大程度上都要好于现有的锂离子电池 。因为锂离子电池的电芯比铅酸电池要小得多,所以在重量上要比铅酸电池轻很多;而在温度变化上,锂离子电池更容易老化和分解;在使用寿命上,锂离子电池要比传统铅酸电池长得多,因为锂离子电池可以反复充放电使用;在成本上,锂离子电池在未来有望代替所有传统铅酸电池,这对电动汽车行业是非常有利的,同时锂离子电池也有利于解决储能技术瓶颈问题;在使用安全方面:锂离子电池因为体积小、重量轻、质量轻等优势已被广泛采用;在制造工艺上:锂离子电池经过了多项高温技术和退火处理来使电极材料由原来的石墨改为碳纳米管或石墨烯等其他合金元素制成 。因此其内部电化学活性物质基本与铅酸电池相同(没有活性物质)而且其能量密度也要比传统铅酸电池高许多 。
2.镍氢电池
镍氢电池主要有Ni-Co镍氢电池和Ni-Ni-Co钴氢电池两种在技术上都有各自的优缺点 。优点:镍氢电池在放电性能方面镍氢电池的放电能力要比锰酸锂电池好得多,所以镍的循环寿命也较镍氢电池长,一般能使用10~20年 。缺点:镍的杂质含量高,镍的成本相对较高、循环次数少等 。
3.硫化镍的电池
【铅酸电池原理】
硫化镍是指镍和三价铁的化合物 。硫化镍电池具有高的放电电流和低的充电电压,是人们研究的热点之一;硫酸镍电池通常由电解液和隔膜组成 。电池的工作原理如图4所示;由于硫化镍正极之间存在着氧和硫化物两种相对立的键,所以在充电过程中必须先将正极充入液体中,同时通过正极和负极之间进行气体交换来增加锂离子的活性材料中氧的存在而将其氧化 。这种电池充电电流大得多,而且放电时间长 。在高温环境下使用这种电池不会爆炸,因为硫化镍是易燃物质并具有燃烧的危险;并且还可用于高电压动力系统,比如在高电压状态下电池所能提供额外电流能力是传统镍氢电池所无法达到的,因此硫化镍电池可以用于电动汽车、移动电源以及其他对能量密度要求较高的应用器具中 。
4.三元电池
三元电池是由正极材料、电解液组成,它有两个基本作用:一是有电时能放电,二是无电时可充电 。三元电池比镍氢电池更具有能量密度高的优点,但三元电池也有缺点就是电芯尺寸较长、能量密度较低 。但随着锂电池的发展,在生产技术上已不存在太大的问题,因此目前在这一领域三元电池仍有广阔的应用前景 。
5.铅酸电池
铅酸电池的结构简单,易于制造,成本低廉,应用广泛 。是目前国际上比较受欢迎的一种电池之一,因其充放电时间短、寿命长、性能稳定(放电时容量变化?。┑扔诺愣玫焦惴旱挠τ?,铅酸电池可以应用在多种电子设备上 。目前国际上生产的铅蓄电池主要有三种:第一种是以镍为正极的镍氢电池;第二种是以锰为正极的锰酸锂电池;第三种是以硫酸锰为正极、碳素二极管电池 。中国生产的第二种铅酸电池已经取得很大成功.但仍有许多问题有待解决;第三种铅酸蓄电池是在电池中加入硫酸以产生氢气,使硫酸镍生成铅离子而制成蓄电池时则将之充入碳素二极管电池组中进行放电,此过程称为电池反应【1】;铅酸电池反应与电解质反应完全不需要其他化学反应而直接发生反应;铅酸电池反应主要依靠反应剂正负极离子或金属离子交换吸附正极所获得;金属离子交换吸附负极是由于活性物质所致;由于铅酸电池电极通常不加电解质所以金属离子交换吸附对电极是由于金属离子交换吸附引起;当铅酸电池正负极柱接触时所产生氢气是由于锂离子电池正极和负极在一起所产生;负极柱接触时所产生氢气是由于石墨颗粒而产生;由于活性物质与极板间的氧存在不平衡而引起锂水反应 。因此研究铅酸电池应注意以下几点:1.铅酸电池电解质必须具有高品质和优良性能才能正常工作 。

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