铅蓄电池的构造及工作原理

　　铅蓄电池的构造

　　铅蓄电池的组成：极板、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱等。

　　1．正、负极板

　　分类及构成：极板分正极板和负极板两种，均由栅架和填充在其上的活性物质构成。

　　作用：蓄电池充、放电过程中，电能和化学能的相互转换，就是依靠极板上活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的。

　　颜色区分：正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），呈深棕色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。

　　栅架的作用：容纳活性物质并使极板成形。

　　极板组：为增大蓄电池的容量，将多片正、负极板分别并联焊接，组成正、负极板组。

　　安装的特别要求：安装时正负极板相互嵌合，中间插入隔板。在每个单体电池中，负极板的数量总比正极板多一片。

　　2．隔板

　　作用：为了减小蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池内部正负极板应尽可能地靠近；为了避免彼此接触而短路，正负极板之间要用隔板隔开。

　　材料要求：隔板材料应具有多孔性和渗透性，且化学性能要稳定，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质隔板、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等。

　　安装要求：安装时隔板上带沟槽的一面应面向正极板。

　　3．壳体

　　作用：用来盛放电解液和极板组

　　材料：由耐酸、耐热、耐震、绝缘性好并且有一定力学性能的材料制成。

　　结构特点：壳体为整体式结构，壳体内部由间壁分隔成3个或6个互不相通的单格，底部有突起的肋条以搁置极板组。肋条之间的空间用来积存脱落下来的活性物质，以防止在极板间造成短路，极板装入壳体后，上部用与壳体相同材料制成的电池盖密封。在电池盖上对应于每个单格的顶部都有一个加液孔，用于添加电解液和蒸馏水，也可用于检查电解液液面高度和测量电解液相对密度。

　　4．电解液

　　作用：电解液在电能和化学能的转换过程即充电和放电的电化学反应中起离子间的导电作用并参与化学反应。

　　成分：它由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，而其密度一般为1.24～1.30g/ml。

　　特别注意点：电解液的纯度是影响蓄电池的性能和使用寿命的重要因素。

　　5．单体电池的串接方式

　　蓄电池一般都由3个或6个单体电池串联而成，额定电压分别为6V或12V。

　　串接方式：单体电池的串接方式一般有传统外露式、穿壁式和跨越式三种方式。

　　这种连接方式工艺简单，但耗铅量多，连接电阻大，因而起动时电压降大、功率损耗也大，且易造成短路。

　　穿壁式连接方式：是在相邻单体电池之间的间壁上打孔供连接条穿过，将两个单体电池的极板组极柱连焊在一起。

　　跨越式连接方式：在相邻单体电池之间的间壁上边留有豁口，连接条通过豁口跨越间壁将两个单体电池的极板组极柱相连接，所有连接条均布置在整体盖的下面。

　　穿壁式和跨越式连接方式与传统外露式铅连接条连接方式相比，有连接距离短、节约材料、电阻小、起动性能好等优点。

　　铅蓄电池的工作原理

　　铅蓄电池由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅（PbO2），负极板是灰色的绒状铅（Pb），当两极板放置在浓度为27%～37%的硫酸（H2SO4）水溶液中时，极板的铅和硫酸发生化学反应，二价的铅正离子（Pb2+）转移到电解液中，在负极板上留下两个电子（2e-）。由于正负电荷的引力，铅正离子聚集在负极板的周围，而正极板在电解液中水分子作用下有少量的二氧化铅（PbO2）渗入电解液，其中两价的氧离子和水化合，使二氧化铅分子变成可离解的一种不稳定的物质——氢氧化铅〔Pb（OH）4）。氢氧化铅由4价的铅正离子（Pb4+）和4个氢氧根〔4（OH）-〕组成。4价的铅正离子（Pb4+）留在正极板上，使正极板带正电。由于负极板带负电，因而两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。当接通外电路，电流即由正极流向负极。在放电过程中，负极板上的电子不断经外电路流向正极板，这时在电解液内部因硫酸分子电离成氢正离子（H+）和硫酸根负离子（SO42-），在离子电场力作用下，两种离子分别向正负极移动，硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸铅（PbSO4）。在正极板上，由于电子自外电路流入，而与4价的铅正离子（Pb4+）化合成2价的铅正离子（Pb2+），并立即与正极板附近的硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上。

　　铅酸蓄电池用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用1.28%的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。汽车上用的是6个［2］铅蓄电池串联成12V的电池组。铅蓄电池在使用一段时间后要补充蒸馏水，使电解质保持含有22～28%的稀硫酸。

　　放电时，正极反应为：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O

　　负极反应： Pb + SO42- - 2e- = PbSO4

　　总反应： PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O （向右反应是放电，向左反应是充电）
责任编辑：YYX