铅酸蓄电池的构成和工作原理及发明介绍

铅酸蓄电池的构成和工作原理

 

 

铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、塑料槽等组成。铅酸蓄电池正极活性物质为二氧化铅(PbO2)，负极活性物质是铅(Pb)，电解液是稀硫酸，正负极之间由隔板隔开，电解液中的离子可以通过隔板中的微孔，电极上的电子不能通过隔板。铅酸蓄电池放电后，正极板的活性物质二氧化铅(PbO2)转化成硫酸铅(PbSO4)附着在正极板上，负极活性物质铅(Pb)也转化成硫酸铅(PbSO4)附着在负极上，电解液中的硫酸扩散到极板中去，电解液的浓度降低。铅酸蓄电池在充电时，发生相反的反应。通过充电、放电反应，铅酸蓄电池可以反复使用，直到储存的容量达不到电器的要求时，寿命终止。

 

 

铅酸蓄电池单格电池(又称单体电池)的标准电压是2V。为满足用电器高电压的要，电池常通过串联组合成6V、12V等电池组;为满足用电器高容量要，常通过新增极板面积或将相同极板并联焊成极群来实现。将完全处于充电状态的电池，按一定放电条件，放电到所规定电压时所释放出的电量称为电池的容量，单位一般用安培小时(简称安时，用Ah表示)。电池释放电量的能力称为能量，为电池的容量乘以平均放电电压，通常用伏安时(VAh)或千伏安时(kVAh)表示。

 

 

铅酸蓄电池的发明

 

 

1799年伏打(AlessandroVolta)用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片组装成电堆;1836年，丹尼尔(JohnFredericDaniell)利用伏打电堆的工作原理制成了第一个实用电池，标志着化学电池进入生产和生活中，但铜锌体系的电池用完后不能充电供重复使用，阻碍了其更广泛地应用。1801年，戈特洛(NicolasGautherot)在实验中用伏打电堆和两根铂丝电解盐水出现氢气和氧气，在其撤走电源并将两根铂丝直接接触时，出现了短时间的反向电流(当时也被称为二次电流，今称放电电流)，但电流维持的时间太短，没有实用价值。1802年里特(JohannWilhelmRitter)用伏打电堆向一叠夹以盐水浸湿纸片的铜片进行充电，在撤走电源后，其发现两片铜片之间存在0.3V的电压;之后再用金属铅、锡和铜替代铜片进行了实验，均测到了不同的电压值。1854年德国科学家辛斯特登(WilhelmJosephSinsteden)在使用多种电池进行研究时，认识到浸没在硫酸中的铅电极具有一定的储能容量，即对电极充电之后可以向负载供电，并报道了其能量密度，但其未意识到这一发现的重要价值。1859年，普兰特(RaymondGastonPlante)独立于辛斯特登发现并报道了从浸在硫酸溶液中并充电的一对铅板，在撤去充电电流并加上负载后可以得到有效的放电电流，这个体系的放电电流在诸多电极-电解液体系中可以维持最长的时间，并且电压也最高。普兰特根据这一原理设计了具有实用价值的蓄电池，并在1860年向法国科学院展示了这一可充电电池，这标志着第一个可以重复使用的电池问世。1870年，发电厂开始使用直流发电机，并引入铅酸蓄电池进行负载调峰，即在晚上充电，白天供电。1879年爱迪生(ThomasEdison)发明了白炽灯，让电力走进千家万户，同时激发了用户在输电线架设不到的地方使用电源的需求，这正是铅酸蓄电池的应用场合。限于制造工艺，当时铅酸蓄电池还无法大规模生产，但越来越多的研究者已开始参与铅酸蓄电池的研究。从此，铅酸蓄电池开始处于因市场需求而促进其研发的状态，人们对它进行不断地研究和改进，使其得到极大地发展。铅酸蓄电池是迄今发展时间最长，技术最成熟的电池技术。