鉛酸蓄電池培訓(xùn)講義

1、鉛酸蓄電池培訓(xùn)講義一、 鉛酸蓄電池基本原理1 蓄電池也稱為二次電池，是相對(duì)于原電池（一次電池）而言。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，當(dāng)其內(nèi)部參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)耗損到一定程度，其壽命便告終止，無(wú)法再將原來(lái)的化學(xué)能予以恢復(fù)。蓄電池是其將儲(chǔ)存化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎螅ǚ烹姡夯瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變成電能），當(dāng)采用充電裝置對(duì)其輸入直流電能時(shí)，又可將耗損的化學(xué)能予以恢復(fù)（充電：電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能）?？梢酝瓿啥啻纬浞烹娧h(huán)。2鉛酸蓄電池是以鉛及其合金、硫酸為主要原料的蓄電池，其正極活性物質(zhì)為深褐色或棕褐色二氧化鉛，負(fù)極活性物質(zhì)為灰色絨狀鉛，電解質(zhì)為稀硫酸。閥控式密封鉛酸蓄電池基本結(jié)構(gòu)為：電池槽蓋、正負(fù)極板、匯流排、玻璃纖維隔

2、板、稀硫酸電解液、鉛零件、端極柱、安全閥等。3鉛酸蓄電池的型號(hào)命名與識(shí)別，見表1。 表1符號(hào)含義型號(hào)舉例G固定型或管式GAF-300：固定型、干荷式、防酸隔爆型，10h率額定容量為300AhA干荷電（負(fù)極板無(wú)氧狀態(tài)干燥）加入電解液后，無(wú)需初充電，可直接使用F防酸或閥控（電池蓋上裝有防酸帽或安全閥）GFF-2000：傳統(tǒng)防酸電池，帽有阻擋電池中酸霧竄至空間作用M密封式GFM-500：固定型閥控密封式，10h率額定容量為500Ah1 / 18Q起動(dòng)型（汽車起動(dòng)電源）6-QA-60：3個(gè)單格串聯(lián)，干荷式起動(dòng)電池，20h率額定容量為60AhN內(nèi)燃機(jī)車用NM-450：內(nèi)燃機(jī)車用密封電池，5h率額定容量為

3、450AhT鐵路客車用6-TM-60：6個(gè)單格串聯(lián)，鐵路客車用密封電池，10h率額定容量為60AhD電力機(jī)車用DM-170：電力機(jī)車用密封電池，10h率額定容量為170AhDZ電動(dòng)助力型6-DZM-10：6個(gè)單格串聯(lián)，電動(dòng)助力車用密封電池，2h率額定容量為10Ah4鉛酸蓄電池充放電機(jī)理： 放電：加負(fù)載將蓄電池正負(fù)極連通后，由于正極電勢(shì)高，電子從負(fù)極流向正極，通過(guò)負(fù)載產(chǎn)生電流。同時(shí)電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，絨狀鉛被氧化，釋放出電子，其電化學(xué)反應(yīng)式為： Pb+HSO4-2e=PbSO4+H+；電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，接受從電池負(fù)極輸送過(guò)來(lái)的電子，二氧化鉛被還原，其電化學(xué)反應(yīng)式為：PbO2+3H+HSO4

4、-+2e=PbSO4+2H2O。伴隨著電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，正極（進(jìn)行陰極過(guò)程）的二氧化鉛活性物質(zhì)和負(fù)極（進(jìn)行陽(yáng)極過(guò)程）的絨狀鉛活性物質(zhì)均轉(zhuǎn)化成硫酸鉛，電解液中硫酸被消耗，視比重變低。 充電：給電池附加一電壓值高于電池電動(dòng)勢(shì)的外部直流電源回路，電源正極與電池正極相連、電源負(fù)極與電池負(fù)極相連，電子從電源負(fù)極流向蓄電池負(fù)極，蓄電池負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，其電化學(xué)反應(yīng)式為：PbSO4+H+2e=Pb+HSO4-；蓄電池正極發(fā)生氧化反應(yīng)，其電化學(xué)反應(yīng)式為：PbSO4+2H2O-2e= PbO2+3H+HSO4-。伴隨著電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，正極（進(jìn)行陽(yáng)極過(guò)程）和負(fù)極（進(jìn)行陰極過(guò)程）的硫酸鉛逐漸被溶解，分別生成二氧化

5、鉛和絨狀鉛，同時(shí)發(fā)生水的電解和硫酸的生成，電解液濃度增加。由于蓄電池在放電過(guò)程中,正負(fù)極的的活性物質(zhì)均轉(zhuǎn)化成硫酸鉛,電化學(xué)上將此理論稱之為“雙極硫酸鹽化理論”。5鉛酸蓄電池充電過(guò)程中的附加反應(yīng)(副反應(yīng))：鉛酸蓄電池在充電后期或鉛酸蓄電池極板化成后期，當(dāng)正負(fù)極電壓升高至2.4V以上時(shí),正極發(fā)生水的電解反應(yīng),消耗部分電能,其電化學(xué)反應(yīng)式為:H2O-2e=2H+1/2O2。這種不需要的反應(yīng)稱為附加反應(yīng)或副反應(yīng),由于副反應(yīng)的存在,使蓄電池在充電或極板化成時(shí)實(shí)際消耗的電量大于理論消耗的電量。產(chǎn)生的氧氣穿過(guò)隔板孔隙及其它通道進(jìn)入負(fù)極進(jìn)行復(fù)合，此時(shí)負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極，故亦稱閥控式密封鉛酸蓄電池為陰極吸

6、收式電池。其電化學(xué)反應(yīng)式為：1/2O2+Pb+H2SO4=PbSO4+H2O。當(dāng)負(fù)極電勢(shì)達(dá)到析氫電勢(shì)值時(shí)，負(fù)極上有氫氣析出，其電化學(xué)反應(yīng)式為：2H+2e=H2。鉛酸蓄電池中玻璃纖維隔板吸附電解液飽合度一般不高于90%，若太高，隔板孔隙被電解液填滿，正極產(chǎn)生的氧氣便無(wú)法通過(guò)隔板孔隙到達(dá)負(fù)極進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合反應(yīng)效率低，電池內(nèi)壓升高，安全閥頻繁開啟，造成電池失水嚴(yán)重，壽命縮短。6鉛酸蓄電池電特性：（1） 電動(dòng)勢(shì)：蓄電池正極平衡電極電勢(shì)與負(fù)極平衡電極電勢(shì)之差。蓄電池電動(dòng)勢(shì)值由電池進(jìn)行反應(yīng)的性質(zhì)和條件決定，與電池的大小和形狀無(wú)關(guān)。（2） 平衡電極電勢(shì)的產(chǎn)生：將一金屬電極插入含有該金屬離子的溶液中，由于該金

7、屬離子在金屬中與在溶液中的化學(xué)勢(shì)不同，因而發(fā)生金屬離子在金屬電極和溶液之間的轉(zhuǎn)移。在靜電力的的作用下，這種轉(zhuǎn)移很快達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)金屬電極表面所帶符號(hào)與金屬電極表面附近溶液中離子所帶電荷符號(hào)相反，數(shù)量相等，于是在金屬電極與溶液界面處形成雙電層，對(duì)應(yīng)于雙電層的建立，金屬電極和溶液內(nèi)便產(chǎn)生一定的電勢(shì)差，稱為平衡電極電勢(shì)，其絕對(duì)值無(wú)法測(cè)得，只能是相對(duì)值。（3） 開路電壓：電池處于開路時(shí)正極的穩(wěn)定電極電勢(shì)與負(fù)極的穩(wěn)定電極電勢(shì)之差。開路電壓范圍：2V系列單體，2.132.18V。（4） 穩(wěn)定電極電勢(shì)：如上述平衡電極電勢(shì)建立所述，當(dāng)電極處在可逆狀態(tài)下，金屬與金屬離子處于動(dòng)態(tài)平衡，這是一種理想狀態(tài)，事實(shí)上

8、，在電解質(zhì)水溶液中，電極上不但存在著金屬與金屬離子一對(duì)氧化還原反應(yīng)，同時(shí)還存在著H+的還原和H2的氧化（或者是H2O的氧化和O2的還原）的另一對(duì)電化學(xué)反應(yīng)。其電化學(xué)反應(yīng)式為：Me-ze Mez+H2-2e 2H+H2O-2e 2H+1/2O2 理想狀態(tài)下，只存在著反應(yīng)，實(shí)際上反應(yīng)和或同時(shí)存在，氧化反應(yīng)所失去的電子為還原反應(yīng)所得，這樣就能保持電極上電子的平衡，然而其荷電狀態(tài)與只存在反應(yīng)不同，這時(shí)建立的電極電勢(shì)稱為穩(wěn)定電極電勢(shì)。由于反應(yīng)和同時(shí)存在，金屬將不斷溶解，H2將不斷析出，但金屬溶解和H2析出的速度均很慢，電極電荷狀態(tài)與只有反應(yīng)時(shí)變化不大，故穩(wěn)定電極電勢(shì)與平衡電極電勢(shì)值很接近，但如果析氫過(guò)電

9、位很小的情況下，二者電勢(shì)值的差別將很明顯。所以在一般情況下，可將電池的開路電壓視同為電池的電動(dòng)勢(shì)。（5） 開路電壓的應(yīng)用：A：從充足電并開路擱置48h以上電池所測(cè)得的開路電壓值可以大略判斷該電池電解液密度（開路電壓值=0.85+，為電解液密度）。B：判斷電池的荷電狀態(tài)，估算電池自放電程度，確定電池是否需要補(bǔ)充電。C：判斷電池失效原因：若為極板硫酸鹽化電池，其開路電壓值下降，充電時(shí)電壓值高；若為活性物質(zhì)軟化脫落電池，其開路電壓值正常，但放電容量低。（6） 容量：蓄電池以一定的放電電流，在規(guī)定的放電終止電壓條件下，放電時(shí)能釋放出的電能。A：不同種類和用途電池，其額定容量規(guī)定不同，如固定型閥控式密封

10、鉛酸蓄電池的額定容量為10h率放電容量，起動(dòng)用鉛酸蓄電池的額定容量為20h率放電容量，內(nèi)燃機(jī)車用密封鉛酸蓄電池的額定容量為5h率放電容量，電動(dòng)助力車用鉛酸蓄電池的額定容量為2h率放電容量。B：蓄電池容量與放電電流有關(guān)，放電電流愈大，其放電容量愈低。如固定型閥控式密封鉛酸蓄電池，當(dāng)I=0.10C10(A)，Ce=100%C10（Ah）；當(dāng)I=0.25C10(A)，Ce=75%C10（Ah）；當(dāng)I=0.55C10(A)，Ce=55%C10（Ah）。這是由于放電電流愈大，電化學(xué)反應(yīng)速度愈快，極板內(nèi)硫酸電解液消耗也愈快，由于電化學(xué)反應(yīng)生成的硫酸鉛的覆蓋，大體溶液中的硫酸電解液不能迅速向深層擴(kuò)散補(bǔ)充，反

11、應(yīng)便提前終止。放電電流愈大，活性物質(zhì)利用率愈低。C：蓄電池放電容量與放電時(shí)電池內(nèi)溫有關(guān)。電池內(nèi)溫高，電池電解液溫度高，電解液電阻率下降，使電池內(nèi)阻降低。放電時(shí)，電池電壓U = E - I（R+r），式中E為電池電動(dòng)勢(shì)，R為負(fù)載電阻，r為電池內(nèi)阻，當(dāng)r減小，使電池電壓值在同樣時(shí)間里相對(duì)較高，維持至終止電壓時(shí)間也相對(duì)延長(zhǎng)，從而提高放電容量。電池放電容量與電池內(nèi)溫對(duì)應(yīng)關(guān)系：Ct=Ce1+K（t-25），式中 Ct電池內(nèi)溫為t時(shí)放電容量；Ce溫度為25時(shí)放電容量，t放電時(shí)電池內(nèi)溫；K溫度補(bǔ)償系數(shù)，10h率時(shí)為0.006/，3h率時(shí)為0.008/，1h率時(shí)為0.010/。在檢測(cè)電池容量時(shí)，當(dāng)電池內(nèi)溫偏離

12、25時(shí)，應(yīng)對(duì)電池放電容量進(jìn)行補(bǔ)償，內(nèi)溫高時(shí)，要求放電容量較高，內(nèi)溫低時(shí)，要求放電容量較低。（7） 電化當(dāng)量：充、放電過(guò)程中，正極電化學(xué)反應(yīng)為：PbSO4 + 2 H2O 2e PbO2 + 3 H+ + HSO4-負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)為：PbSO4 + H+ + 2e Pb + HSO4-綜合正、負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)為：PbSO4 + 2H2O + PbSO4 PbO2 + 2H2SO4 + Pb 在化學(xué)上，1A的電流在1s內(nèi)通過(guò)的電量為1為庫(kù)侖，則1Ah = 1（A）*3600（s）= 3600As = 3600庫(kù)侖； 在上述正、負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生2摩爾電子參與氧化還原反應(yīng)，在化學(xué)上1摩爾電子數(shù)量為6

13、.023*1023個(gè)，每1個(gè)電子的電量為1.6*10-19庫(kù)侖，則每1摩爾電子的電量為6.023*1023*1.6*10-19 = 9.632*104庫(kù)侖 = 26.8(Ah)； 上述電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生2摩爾電子將消耗1摩爾的二氧化鉛和1摩爾的絨狀鉛，1摩爾二氧化鉛物質(zhì)量為207.6+32=239.6（g）；1摩爾絨狀鉛物質(zhì)量為207.6（g），電化學(xué)中把產(chǎn)生1Ah電量所消耗的活性物質(zhì)的量稱為該活性物質(zhì)的電化當(dāng)量，則二氧化鉛的電化當(dāng)量為239.6/2=119.8(g/摩爾)=119.8/26.8=4.466(g/Ah)；絨狀鉛的電化當(dāng)量為207.6/2=103.8(g/摩爾)=103.8/26.

14、8=3.868(g/Ah)。（8） 鉛酸蓄電池的失效模式： 正板柵腐蝕 熱失控 失水 容量衰竭（9） 鉛酸蓄電池的自放電負(fù)極產(chǎn)生的自放電：由于負(fù)極活性物質(zhì)鉛為活潑的金屬粉末電極，在硫酸溶液中，電極電位比氫低，可以發(fā)生置換氫氣的反應(yīng)，通常把這種現(xiàn)象叫做鉛自溶，其反應(yīng)式為：Pb+H2SO4 = PbSO4+H2 影響鉛自溶的因素：A 隨硫酸電解液濃度及溫度的增加而增大；B 蓄電池負(fù)極表面有各種金屬雜質(zhì)存在，當(dāng)某種金屬雜質(zhì)的析氫超電勢(shì)值低時(shí)，就能與負(fù)極活性物質(zhì)形成腐蝕微電池，從而加速鉛自溶，如鐵、銻、銀等金屬存在時(shí)，特別是鐵的影響極大。在負(fù)極：Fe3+ + HSO4- + Pb = PbSO4 +

15、H+ 2Fe2+在正極：2Fe2+ + 3H+ + HSO4- + PbO2 = PbSO4 + 2H2O + 2Fe3+C 正極析出氧氣的影響1/2O2+Pb+H2SO4=PbSO4+H2O正極產(chǎn)生的自放電正極自放電的產(chǎn)生主要有以下幾個(gè)方面：A 正極板柵中金屬銻、鉛及銀的氧化：5PbO2 + 2Sb + 6H2SO4 = （SbO2）2SO4 + 5PbSO4 + 6H2OPbO2 + Pb + H2SO4 = PbSO4 + 2H2OPbO2 + Ag + H2SO4 = AgSO4 + PbSO4 + 2H2OB 極板孔隙深處和極板表面硫酸濃度差所產(chǎn)生的濃差電池產(chǎn)生自放電，這種自放電因素

16、隨著充電完成后擱置時(shí)間延長(zhǎng)濃度差減小而逐漸減小。C 負(fù)極產(chǎn)生氫氣的影響H2 + PbO2 + H2SO4 = PbSO4 + H2OD 正極板中鐵離子的影響2Fe2+ + 3H+ + HSO4- + PbO2 = PbSO4 + 2H2O + 2Fe3+ 自放電狀況檢查A 質(zhì)量法：無(wú)論什么原因造成的自放電，都使極板的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成硫酸鉛，使極板的質(zhì)量增加，因此對(duì)正、負(fù)極板測(cè)其質(zhì)量增加情況就可以比較自放電量的多少。B 測(cè)量電解液密度：容量減少后，蓄電池的電解液密度要降低，所以蓄電池?cái)R置一段時(shí)間后測(cè)量其電解液密度可估算其容量損失。擱置環(huán)境溫度愈高其容量損失愈大。C 電壓降法： 減少自放電的措施 A

17、 嚴(yán)格控制原材料的雜質(zhì)； B 嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程中可能混入的雜質(zhì)； C 為了避免銻的有害作用，采用無(wú)銻板柵； D 合理控制成品電池電解液密度； E 在合適環(huán)境下貯存、使用，最好能保證環(huán)境溫度在25左右。 二、 鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝、檢驗(yàn)規(guī)范1 鉛酸蓄電池極板生產(chǎn)工藝流程。見方框圖1。2 大中密電池裝配生產(chǎn)工藝流程。見方框圖2。3 電池內(nèi)化成充電與采用熟極板組裝電池初充電差別何在？?jī)?nèi)化成充電充入電量倍率遠(yuǎn)高于熟極板組裝電池初充電倍率，4 內(nèi)化成與槽化成相比，優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)？?jī)?nèi)化成充電，（1）節(jié)省場(chǎng)地，節(jié)省（槽化成）設(shè)備；（2）省去槽化成后極板表面清洗及表面干燥，可防止負(fù)極板表面氧化；（3）極板化成質(zhì)量狀

18、況不便于觀察、檢查；A 生極板組裝電池灌酸后電池溫升與熟極板組裝電池溫升是否不同？灌酸時(shí)對(duì)電解液溫度是否有限制？電池灌酸后至開機(jī)充電對(duì)擱置時(shí)間及電池內(nèi)溫是否有限制？生極板組裝電池灌酸后有電壓?jiǎn)?？熟極板組裝電池灌酸后電壓范圍是多少？B 制造鉛粉的1號(hào)電解鉛，其鉛含量99.994%；經(jīng)熔化、制成鉛塊或鉛球、磨成鉛粉后，氧化鉛（PbO）含量70%80%，鉛含量20%30%，大中小密不同、正負(fù)極板不同，其鉛粉的氧化鉛含量及視密度不同，視密度范圍為1.381.70g/cm3；經(jīng)加入純水、硫酸和制成鉛膏后，鉛膏中成份為Pb、PbO、PbSO4、PbO.PbSO4、3PbO.PbSO4.H2O、4PbO.P

19、bSO4、H2O等，大中小密不同、正負(fù)極板不同、手工機(jī)械加工工藝不同，其鉛膏的視密度不同，視密度范圍為4.004.60g/cm3；經(jīng)涂片、固化干燥后，所制成生極板中鉛膏成份為Pb、PbO、PbSO4、PbO.PbSO4、3PbO.PbSO4.H2O、4PbO.PbSO4、H2O等，要求生極板含水量0.5%，正生極板Pb含量3%，負(fù)生極板Pb含量5%；極板生產(chǎn)工藝流程1#電解鉛 純水制作鑄球磨鉛粉 稀硫酸和 膏 鉛鈣四元合金鑄板柵濃硫酸涂 片表面干燥上晾板架整理稱重分類去附耳刷耳固化干燥化 成出槽清洗負(fù)板浸防氧劑干 燥去附耳刷耳整理稱重分類注：大方框中為生極板工藝流程。裝配生產(chǎn)工藝流程正極板正極板配重負(fù)極板包 膜銅芯極柱1#電解鉛+錫鉛錫焊條焊 接電池槽印字裝 槽對(duì) 蓋電池蓋打碼配 膠灌膠封蓋固 化極柱鉛套焊接配 膠灌極柱底膠純水制作固 化電解液灌電解液初充電（熟板）內(nèi)化成（生板）濃硫酸放 電二次充電配 膠灌標(biāo)志膠整理裝箱入 庫(kù)5 蓄電池裝配松