鉛酸蓄電池的容量

1、每天學(xué)一點(diǎn) 網(wǎng)頁(yè)圖書(shū)館鉛酸蓄電池的容量（一）電池的容量和活性物質(zhì)的利用率 在一定的放電條件下,可以從電池中獲得的電量稱為電池的容量,以符號(hào)C表示,單位是Wh或Ah,Wh表示電池做功的能力,Ah表示電池輸出的電量鉛酸蓄電池的容量愈大,該電池能輸出的電量就愈多,做功的能力也愈強(qiáng)電池的容量可分為理論容量額定容量實(shí)際容量相對(duì)應(yīng)的電池比容量也有理論比容量額定比容量實(shí)際比容量理論容量是依據(jù)活性物質(zhì)的量按法拉第定律計(jì)算求得的極板上活性物質(zhì)全部用于放電時(shí)的電量,實(shí)際上是不可能的;額定容量(也稱標(biāo)稱容量或保證容量)是指國(guó)家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn),保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低容量;實(shí)際容量總低于理論容量,

2、因?yàn)椴豢赡苋康幕钚晕镔|(zhì)都參與反應(yīng)實(shí)際容量等于放電電流與放電時(shí)間的乘積,計(jì)算公式為:C=t0I(t)dt式中,C為電池輸出的容量(Ah)蓄電池用恒定電流進(jìn)行放電是實(shí)驗(yàn)室放電的主要方式,上式可簡(jiǎn)化為：C=It由于各種原因,限制電極活性物質(zhì)不能夠百分之百地放電,例如前面的終止電壓當(dāng)電池的輸出電壓降到最低工作電壓,電壓再降低,用電器就不再工作,蓄電池要及時(shí)充電這就說(shuō)明電極上的活性物質(zhì)沒(méi)有全放電,利用率沒(méi)有達(dá)到100%活性物質(zhì)的利用率還和放電條件溫度和放電電流的大小有關(guān)電極活性物質(zhì)利用率為電極實(shí)際放出的容量占電極的理論容量的百分比為了對(duì)不同大小的電池進(jìn)行比較,引入比容量的概念,有質(zhì)量比容量和體積比容量

3、一般電池的輸出能量用下列方程式表述:E=t0U(t)I(t)dt式中,E為電池輸出的能量(Wh);U為電壓(V);I為放電電流(A);t為放電時(shí)間(h)電池的輸出能量也可表示為容量與平均電壓的乘積（二）影響鉛酸蓄電池實(shí)際容量的因素和提高方法1.影響因素影響鉛酸蓄電池實(shí)際容量的因素如下(1)放電制度,指放電速率放電形式終止電壓和溫度,高速率和低溫環(huán)境下放電時(shí),會(huì)減少電池輸出的容量(2)電極的結(jié)構(gòu),包括電池極板的高寬比例厚度空隙率和導(dǎo)電柵網(wǎng)的形式(3)制造工藝,包括電池極板的鉛膏配比隔板的壓縮比例硫酸電解液密度和初始充電制度等(4)放電率,常用倍率和小時(shí)率表示小時(shí)率是以放電時(shí)間表示的放電速率,即某

4、電流放電至規(guī)定終止電壓所經(jīng)歷的時(shí)間,假設(shè)某電池額定容量是20Ah,若在20h率的情況下放電,則電流應(yīng)該為10/20=0.5A倍率是指電池放電電流的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù),電池放電倍率越高,放電電流就越大,放電時(shí)間就越短,放出的相應(yīng)容量也就越少,例如放電電流表示為0.1C,對(duì)于容量是10Ah的電池,則放電電流為0.110=1A,3C就是以3A的電流放電下圖為放電率對(duì)蓄電池容量的影響,由曲線可以看出,隨著C/20到C/1放電率的增大,電池容量在減小(5)放電電流放電電流越大,蓄電池的容量就越低因?yàn)榉烹婋娏髟酱?單位時(shí)間所消耗的硫酸越多極板空隙內(nèi)由于硫酸消耗較快造成空隙內(nèi)電解液密度下降較快,故大電

5、流放電時(shí),極板表面活性物質(zhì)的空隙極易被生成的硫酸鉛堵塞,使空隙內(nèi)實(shí)際參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)的數(shù)量下降,隨著放電電流的增大,蓄電池的容量減小因發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)屬于大電流放電,如果長(zhǎng)時(shí)間接通啟動(dòng)機(jī),就會(huì)使蓄電池的端電壓急速下降至終止電壓,輸出容量減小,且使蓄電池過(guò)早損壞故在使用啟動(dòng)機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),一次啟動(dòng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)5s,連續(xù)兩次啟動(dòng)時(shí)間間隔15s以上,使電解液充分滲透到極板空隙內(nèi)層,以提高極板空隙內(nèi)活性物質(zhì)的利用率和再次啟動(dòng)的端電壓,延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命(6)終止電壓,指電池放電時(shí)電壓下降到不能再繼續(xù)放電時(shí)的最低工作電壓一般在高倍率低溫條件下放電時(shí),終止電壓要低一些VRLA電池10h率的終止電壓為

6、1.8V/單體由于VRLA電池本身的特性,即使放電的終止電壓繼續(xù)降低,電池也不會(huì)放出太多的電量,但是終止電壓過(guò)低會(huì)對(duì)電池造成損傷,會(huì)降低電池的使用壽命(7)溫度同一系列的電池,以相同的放電率在一定環(huán)境下進(jìn)行放電,放電容量隨溫度升高而升高,隨溫度降低而降低按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),VRLA電池放電時(shí),若溫度不是標(biāo)準(zhǔn)溫度25,則需要把實(shí)測(cè)容量換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度的實(shí)際容量環(huán)境溫度和電池容量關(guān)系的計(jì)算公式為：Ce=Cr/1+k(T-25)式中,Ce為標(biāo)準(zhǔn)溫度下電池放電的容量;Cr為非標(biāo)準(zhǔn)溫度下電池放電容量;T為環(huán)境溫度;k為溫度系數(shù),10h率容量實(shí)驗(yàn)時(shí)為0.006-1,3h率容量實(shí)驗(yàn)時(shí)為0.008-1,1h率容量實(shí)驗(yàn)時(shí)

7、為0.01-1不斷提高電池的比容量和比能量的措施如下:采用新型板柵合金材料或高強(qiáng)度的輕物質(zhì)作為鉛酸蓄電池的板柵材料,以減小極板質(zhì)量,如復(fù)合鉛布板柵鉛網(wǎng)泡沫鉛泡沫石墨板柵等;采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如水平式雙極性卷繞式;采用新型添加劑和鉛膏配方提高活性物質(zhì)的利用率電解液溫度較低時(shí),其黏度增大,致使?jié)B透力下降容量降低此外,溫度越低,電解液的溶解度與黏度也越低,則加劇了容量的下降溫度每下降1,容量下降約1%(小電流放電)或2%(大電流放電)因此,適當(dāng)提高蓄電池的溫度,將有利于提高蓄電池的容量及啟動(dòng)性能在寒冷地區(qū)冬季啟動(dòng)汽車時(shí),低溫和大電流放電是造成啟動(dòng)困難的原因之一(8)電解液的相對(duì)密度適當(dāng)?shù)卦黾与娊庖旱?/p>

8、相對(duì)密度,可減小內(nèi)阻,有利于提高電解液的滲透能力,使蓄電池的容量增加但相對(duì)密度較高時(shí),由于電解液的黏度增加使內(nèi)阻增加,引起滲透能力降低從而導(dǎo)致容量下降此外,電解液相對(duì)密度較高時(shí)易造成極板硫化而導(dǎo)致容量下降實(shí)踐證明,電解液相對(duì)密度偏低,有利于提高放電電流和容量,延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命故冬季在電解液不會(huì)結(jié)冰的前提下,也應(yīng)盡可能采用相對(duì)密度稍低的電解液2.提高實(shí)際電容量的方法提高鉛酸蓄電池的實(shí)際容量,主要采取以下措施1)增加活性物質(zhì)量參加反應(yīng)的活性物質(zhì)量的多少與極板的厚度有關(guān),由于小電流長(zhǎng)時(shí)間放電時(shí),電解液能夠滲透到極板深層的活性物質(zhì)空隙中,活性物質(zhì)利用率高,放電容量就大相反,在短時(shí)間里,放電電流過(guò)大

9、,極板表面生成的硫酸鉛容易堵塞活性物質(zhì)的孔隙,導(dǎo)致極板深層活性物質(zhì)得不到電解液的及時(shí)補(bǔ)充而終止放電因此,采用大電流短時(shí)間放電,放電容量取決于極板面積的大小2)改變活性物質(zhì)空隙率活性物質(zhì)中孔洞所占的總體積(容積)與活性物質(zhì)總體積(容積)之比,叫活性物質(zhì)的空隙率(孔度)根據(jù)定義可知,活性物質(zhì)的空隙率越大,實(shí)際孔洞就越多,活性物質(zhì)就越少雖然空隙率越大,電解液與活性物質(zhì)接觸面積越大,電池放電量越大,但是因?yàn)榭锥刺?活性物質(zhì)就會(huì)減少,電池的放電量反而減小所以,一定存在一個(gè)最佳的空隙率,一般情況下正極板空隙率為55%,負(fù)極板為60%另外,當(dāng)活性物質(zhì)組成中二氧化鉛的 -PbO2多時(shí),放電容量就大3)改變電

10、解液的溫度密度和放電電流電解液密度和純度都對(duì)鉛酸蓄電池的容量有影響溫度低,硫酸電解液的黏度和電阻都增大,擴(kuò)散困難,濃度差急劇增加,電阻增大,使活性物質(zhì)內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)難以進(jìn)行電解液密度低,參加反應(yīng)的硫酸量不夠;密度太高,電解液的黏度和電阻也會(huì)增加剛開(kāi)始使用的鉛酸蓄電池一般采用1.2701.290g/cm3密度的電解液此外,放電電流也會(huì)影響鉛酸蓄電池的容量利用較小電流放電時(shí),電流密度小,鉛離子的數(shù)量在電極附近少,即鉛離子過(guò)飽和度小,容易形成疏松的晶粒粗大的硫酸鉛鹽層,有利于硫酸電解液通過(guò)空隙擴(kuò)散到極板深處與活性物質(zhì)接觸,放電容量會(huì)提高4)鉛酸蓄電池不能閑置時(shí)間太長(zhǎng)鉛酸蓄電池閑置時(shí)間太長(zhǎng),會(huì)使容量越

11、來(lái)越低,如下圖所示：（三）極板化成極板化成是利用化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)使極板轉(zhuǎn)化成具有電化學(xué)特征的正負(fù)極的過(guò)程極板化成時(shí)需要用直流電源在正負(fù)極間施加電壓,形成電流通過(guò)電極而實(shí)現(xiàn)電極物質(zhì)的氧化-還原反應(yīng),正極板上的活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)氧化,生成二氧化鉛,負(fù)極板上發(fā)生電化學(xué)還原,生成海綿狀鉛在極板化成的中后期將會(huì)有氧氣和氫氣排出,這是由于電解液在電流作用下分解成氧氣和氫氣因此,極板化成肯定有少量的氣體排出,如果有大量的氣體排出則表明電池被過(guò)充電,這時(shí)會(huì)有火花產(chǎn)生,將有可能導(dǎo)致電池爆炸化成工序常在化成槽中加入密度為1.05g/cm3的硫酸,正負(fù)極板分別作為陽(yáng)極和陰極進(jìn)行通電一般汽車型極板要用2030h才能完

12、成在化成的末期進(jìn)行1030min的短時(shí)間放電(稱保護(hù)放電),使極板表面生成一層薄的硫酸鉛,可以減少和降低負(fù)極海綿狀的鉛與空氣接觸時(shí)的氧化,還可以增加正極板活性物質(zhì)的強(qiáng)度,減少活性物質(zhì)的脫落最后經(jīng)水洗后,再干燥去掉水分若干燥過(guò)程中采取不當(dāng)?shù)墓に嚧胧?會(huì)使部分鉛被氧化,這時(shí)化成的極板稱為熟極板極板在化成過(guò)程中發(fā)生兩類反應(yīng),即化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng),它們之間既有聯(lián)系又相互獨(dú)立生極板的主要成分是氧化鉛和鉛的堿式硫酸鹽,它們是堿性化合物,在放入盛有稀硫酸的化成槽后,正負(fù)極必然會(huì)有如下反應(yīng):PbO+H2SO4 PbSO4+H2O3PbOPbSO4H2O+3H2SO44PbSO4+4H2OPbOPbSO4+H2SO4 2PbSO4+H2O隨著反應(yīng)物的消耗,中和反應(yīng)的速率逐漸減慢,當(dāng)反應(yīng)物消耗完時(shí)中和反應(yīng)就停止在一般情況下,中和反應(yīng)大概要占整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的一半或者短一些（四）鉛酸蓄電池的型號(hào)國(guó)產(chǎn)鉛酸蓄電池的型號(hào)分為三部分,其排列及含義如下:第一部分表示串聯(lián)的單格電池?cái)?shù),用阿拉伯?dāng)?shù)字表示鉛酸蓄電池標(biāo)準(zhǔn)電壓是這個(gè)數(shù)字的2倍第二部分表示串聯(lián)蓄電池的類型和特征,用漢語(yǔ)拼音字母表示其中前一部分字母表示蓄電池的類型,如“Q”表示蓄電池;后一部分字母為蓄電池的特征代號(hào),如“A”表示干荷電鉛酸蓄電池,具有兩種特征時(shí)按順序?qū)蓚€(gè)代號(hào)