長光電源帶你來了解一下鉛酸蓄電池基本原理與構(gòu)造，所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。構(gòu)成鉛酸蓄電池之主要成份如下：　
陽極板(過氧化鉛.PbO2)---> 活性物質(zhì)
陰極板(海綿狀鉛.Pb) ---> 活性物質(zhì)
電解液(稀硫酸) ---> 硫酸(H2SO4) + 水(H2O)
另外有:電池外殼、隔離板及其它(液口栓.蓋子等)
一、了解鉛酸蓄電池的工作原理與化學(xué)反應(yīng)機(jī)理:
鉛酸蓄電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會(huì)產(chǎn)生2V的電力，這是根據(jù)鉛酸蓄電池原理，經(jīng)由充放電，則陰陽極及電解液即會(huì)發(fā)生如下的變化：
放電中的化學(xué)變化
(陽極) (電解液) (陰極)
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放電反應(yīng))
(過氧化鉛) (硫酸) (海綿狀鉛)
鉛酸蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì)與陰、陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng),生成新化合物『硫酸鉛』。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測(cè)得電解液中的硫酸濃度，亦即測(cè)其比重，即可得知放電量或殘余電量。
充電中的化學(xué)變化
(陽極) (電解液) (陰極)
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應(yīng))
(硫酸鉛) (水) (硫酸鉛)
由于放電時(shí)在陽極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會(huì)在充電時(shí)被分解還原成硫酸,鉛及過氧化鉛,因此鉛酸蓄電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加, 亦即電解液之比重上升，并逐漸回復(fù)到放電前的濃度，這種變化顯示出鉛酸蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當(dāng)兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質(zhì)時(shí)，即等于充電結(jié)束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時(shí)，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會(huì)減少，此時(shí)應(yīng)以純水補(bǔ)充之。
二、鉛酸蓄電池的基本構(gòu)造
極板：根據(jù)鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)的容量選擇適當(dāng)規(guī)格極板及數(shù)量組合而成。在充放電過程中,兩極活性物質(zhì)隨著體積的變化而反復(fù)膨脹與收縮。在活性物質(zhì)中，陰極板之海綿狀鉛的結(jié)合力較強(qiáng)，而陽極板之過氧化鉛的結(jié)合力弱.因而在充放電的過程中，會(huì)徐徐脫落，是造成鉛酸蓄電池壽命受到限制的根本原因。一般的電池結(jié)構(gòu)為糊狀式極板: 實(shí)際上是將稀硫酸煉制之糊狀鉛粉涂覆在鉛合金制的格子上，然后干燥處理后所形成之活性物質(zhì)。這種方式一直被采用在鉛酸蓄電池的陰極板上，同時(shí)亦使用在汽車，小貨車的鉛酸蓄電池陽極板上。
隔離板：能防止陰、陽極板間產(chǎn)生短路，但不會(huì)妨礙兩極間離子的流通。而且經(jīng)長時(shí)間使用，也不會(huì)劣化，或釋放雜質(zhì)。鉛酸蓄電池一般都使用膠質(zhì)隔離板, 隔離板之間的孔隙是鉛酸蓄電池的主要通道.時(shí)間用久的鉛酸蓄電池一般會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生的硫酸鉛晶狀體不僅造成正負(fù)極板的堵塞而且堵塞隔離板的孔隙通道,是造成鉛酸蓄電池充電/放電的不通暢的主要原因.
電池外殼：耐酸性強(qiáng)，兼具機(jī)械性強(qiáng)度。電動(dòng)車用的鉛酸蓄電池外殼乃使用材質(zhì)強(qiáng)韌之合成樹脂經(jīng)特殊處理制成，其機(jī)械性強(qiáng)度特別強(qiáng)，上蓋亦使用相同材質(zhì)，以化學(xué)膠粘合或者(熱熔)粘接。
電解液：電解液比重以20℃的值為標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)車用的蓄電池完全充電時(shí)之電解液標(biāo)準(zhǔn)比重為1.280。
液口栓：液口栓的功能為排出充電時(shí)所產(chǎn)生的氣體及補(bǔ)充純水，測(cè)定比重。
三、鉛酸蓄電池的容量
鉛酸蓄電池之容量表示在容量試驗(yàn)中，放電率與容量的關(guān)系如下：
5HR….1.7V/cell
3HR….1.65V/cell
1HR….1.55V/cell
嚴(yán)禁到達(dá)上述電壓時(shí)還繼續(xù)繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶?jī)?nèi)溫會(huì)升高,則活性物質(zhì)劣化愈嚴(yán)重，進(jìn)而縮短鉛酸蓄電池壽命。
鉛酸蓄電池溫度與容量：當(dāng)鉛酸蓄電池溫度降低，則其容量亦會(huì)因以下理由而顯著減少：(A)電解液不易擴(kuò)散，兩極活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率變慢。 (B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降,蓄電池的5HR容量會(huì)隨蓄電池溫度下降而減少。因此: 冬季比夏季的使用時(shí)間短。特別是使用于冷凍庫的蓄電池由于放電量大，而使一天的實(shí)際使用時(shí)間顯著減短。若欲延長使用時(shí)間，則在冬季或是進(jìn)入冷凍庫前，應(yīng)先提高其溫度。
放電量與壽命: 每日反復(fù)充放電以供使用時(shí)，則鉛酸蓄電池壽命將會(huì)因放電量的深淺，而受到影響。
放電量與比重: 鉛酸蓄電池之電解液比重幾乎與放電量成比例。因此，根據(jù)蓄電池完全放電時(shí)的比重及10%放電時(shí)的比重，即可推算出蓄電池的放電量。測(cè)定鉛酸蓄電池之電解液比重為得知放電量的最佳方式。因此，定期性的測(cè)定使用后的比重，以避免過度放電，測(cè)比重的同時(shí)，亦測(cè)電解液的溫度，以20度C所換算出的比重，切勿使其降到80%放電量的數(shù)值以下。
放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗:內(nèi)部阻抗會(huì)因放電量增加而加大，尤其放電終點(diǎn)時(shí)，阻抗最大，是因?yàn)榉烹姷倪M(jìn)行使得極板內(nèi)產(chǎn)生電流的不良導(dǎo)體─硫酸鉛及電解液比重的下降，都導(dǎo)致內(nèi)部阻抗增強(qiáng)，故放電后，務(wù)必馬上充電.
白色硫酸鉛化:鉛酸蓄電池放電，則陰、陽極板同時(shí)產(chǎn)生硫酸鉛(PbS04)，若任其持續(xù)放電，不予充電，則最后會(huì)形成安定的白色硫酸鉛結(jié)晶(即使再充電，亦難再恢復(fù)原來的活性物質(zhì))此狀態(tài)稱為白色硫化現(xiàn)象。,而將縮短電瓶的使用年限。
放電中的溫度:當(dāng)電池過度放電，內(nèi)部阻抗即顯著增加，因此鉛酸蓄電池溫度也會(huì)上升。放電時(shí)的溫度高，會(huì)提高充電完成時(shí)溫度，因此，將放電終了時(shí)的溫度控制在40℃以下為最理想。
四、鉛酸蓄電池充電管理
鉛酸蓄電池的充電特性：鉛酸蓄電池充電的端子電壓如下式表示：V= E+I.R，在此，E=電瓶電壓(V)　I=充電電流(A)　R=內(nèi)部阻抗(Ω)
鉛酸蓄電池溫度與壽命:鉛酸蓄電池溫度（電解液溫度）升高，則陰陽極板上的活性物質(zhì)即會(huì)劣化，并腐蝕陽極格子，而縮短電池壽命，相對(duì)的，電池溫度太低時(shí)，會(huì)使鉛酸電池蓄電容量減少，容易過度放電，進(jìn)而使電池壽命縮短。此種關(guān)系也會(huì)因電池型式，極板材質(zhì)而有變化。故應(yīng)遵守下列之使用條件：通常鉛酸蓄電池之電解液溫度應(yīng)維持在15~55℃為理想使用狀態(tài)，不得已的情況下,也不可超過放電時(shí)-15~55℃,充電時(shí)0~60℃的范圍最為理想。實(shí)際使用時(shí)，由于充電時(shí)溫度會(huì)上升，因此，放電終了時(shí)之電解液溫度以維持在40℃以下為最理想。
充電量與壽命:鉛酸蓄電池所須之充電量應(yīng)為放電量的110~120%.放電量與蓄電池壽命具密切關(guān)系,假設(shè)充電量為放電量120%時(shí)的電池，使用壽命為 1200回（４年），則當(dāng)電池的充電量達(dá)放電量之150%時(shí)，則可推算該電池的壽命為： 1200回×120/150=960回(3•2年).
氣體的產(chǎn)生與通風(fēng)換氣:充電中產(chǎn)生的氣體為氧與氫的混合氣，氫氣具爆炸性，若空氣中氫氣達(dá)3.8%以上，且又近火源，則會(huì)發(fā)生爆炸。充電場(chǎng)所必須通風(fēng)良好，注意遠(yuǎn)離火源，避免觸電。
五、電解液之管理
比重測(cè)定 : 測(cè)量比重時(shí)，須使用吸取式比重計(jì)將電解液緩緩吸入外筒，(讓浮標(biāo)剛剛離開底部,可以飄動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn).或高或低都不會(huì)準(zhǔn)確)從浮標(biāo)之刻度即可測(cè)知比重。鉛酸蓄電池之電解液比重會(huì)隨溫度改變而變化，電解液比重乃以攝氏20度時(shí)的比重為標(biāo)準(zhǔn)，因此比重計(jì)上的讀數(shù)，必須換算為攝氏20度時(shí)之標(biāo)準(zhǔn)比重。當(dāng)溫度變化攝氏一度時(shí)，則電解液比重即變化0.0007，因此，在測(cè)量比重的同時(shí)，必須測(cè)量溫度，測(cè)溫時(shí)，請(qǐng)使用棒狀酒精溫度計(jì)。
該溫度t℃時(shí)所測(cè)之比重為St，則以下式換算標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃時(shí)之比重S20
S20=St+0.0007(t-20)
S20…為換算成20℃時(shí)的比重
St….為t℃時(shí)所測(cè)之比重
t…..為測(cè)得電解液之實(shí)際攝氏溫度
例如：20℃時(shí)比重為1.280者，在10℃時(shí)變成1.287;30℃時(shí)，變成1.273
純水之補(bǔ)充 :鉛酸蓄電池在使用過程中,重復(fù)放電及車行的震蕩時(shí)，電解液面都會(huì)緩緩下降，因此要定期檢視電解液液位，隨時(shí)補(bǔ)充純水(或者補(bǔ)充液)，以維持適當(dāng)之液位，若因忽略補(bǔ)水，而露出極板，則會(huì)傷害極板。
補(bǔ)水過多所造成的弊端:補(bǔ)水時(shí)若超過最高液面時(shí),則充電時(shí)就會(huì)發(fā)生滿溢，而使稀硫酸成份流失，既腐蝕電瓶的極柱,又會(huì)使電解液的比重偏低,從而造成蓄電容量不足等。
電解液中的不純物與電池壽命：電解液中若含有硝酸、鹽酸、亞硫酸、鹽素、有機(jī)物等雜質(zhì)，則會(huì)腐蝕極板，加速縮短電池壽命，同時(shí)也會(huì)加速自我放電，所以鉛酸蓄蓄電池補(bǔ)充液位時(shí)，一定要使用純水，當(dāng)用水沖洗電瓶時(shí)，一定要將鉛酸蓄電池帽蓋緊以避免沖洗的用水流入電瓶?jī)?nèi),加速自放電。
六、鉛酸蓄電池修復(fù)原理
什么是鉛酸蓄電池硫化？
在極板上生成白色堅(jiān)硬的硫酸鉛結(jié)晶，充電時(shí)又非常難于轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛，這就是硫酸鹽化，簡(jiǎn)稱"硫化"。這種硫酸鉛的導(dǎo)電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度又很小，充電時(shí)恢復(fù)困難。因而成為鉛酸蓄電池容量降低和壽命縮短的主要原因。
產(chǎn)生硫化的原因是什么？
正常的鉛酸蓄電池在放電時(shí)形成硫酸鉛結(jié)晶，充電時(shí)比較容易地還原為鉛。如果鉛酸蓄電池的使用和維護(hù)不善，例如經(jīng)常充電不足或過放電，負(fù)極上就會(huì)逐漸形成一種粗大堅(jiān)硬的硫酸鉛。這種硫酸鉛用常規(guī)的方法充電很難還原，要求充電電壓很高，由于充電時(shí)充電接受能力很差，大量析出氣體。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在負(fù)極，被稱為不可逆硫酸鹽化（硫化）。它引起鉛酸蓄電池容量下降，甚至成為鉛酸蓄電池壽命終止的原因。一般認(rèn)為，這種不可逆硫酸鹽化的原因是硫酸鉛的重結(jié)晶，粗大結(jié)晶形成之后溶解度減少。硫酸鉛的重結(jié)晶使晶體變大，是由于多晶體系傾向與減少小其表面自由能的結(jié)果。從結(jié)晶過程的規(guī)律可知，小結(jié)晶尺寸的溶解度大于大結(jié)晶尺寸的溶解度。因此，當(dāng)長期存放或過放電時(shí)，大量的硫酸鉛存在，再加上硫酸濃度和溫度的波動(dòng)，個(gè)別的硫酸鉛晶體就可以依附靠近小晶體的溶解而長大。
鉛酸蓄電池硫化的危害是什么？輕微的電池硫化，會(huì)降低鉛酸蓄電池的容量，電池內(nèi)阻增加，嚴(yán)重時(shí)則鉛酸蓄電極失效，充不進(jìn)電。輕微的電池硫化，尚可用一些方法使它恢復(fù)，嚴(yán)重時(shí)采用一般的充電方法是不能夠恢復(fù)容量的。