1、每天學一點 網頁圖書館鉛酸蓄電池的容量（一）電池的容量和活性物質的利用率 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,做功的能力也愈強電池的容量可分為理論容量額定容量實際容量相對應的電池比容量也有理論比容量額定比容量實際比容量理論容量是依據活性物質的量按法拉第定律計算求得的極板上活性物質全部用于放電時的電量,實際上是不可能的;額定容量(也稱標稱容量或保證容量)是指國家或有關部門頒布的標準,保證電池在一定放電條件下應該放出的最低容量;實際容量總低于理論容量,

2、因為不可能全部的活性物質都參與反應實際容量等于放電電流與放電時間的乘積,計算公式為: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行放電是實驗室放電的主要方式,上式可簡化為：C=It由于各種原因,限制電極活性物質不能夠百分之百地放電,例如前面的終止電壓當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,蓄電池要及時充電這就說明電極上的活性物質沒有全放電,利用率沒有達到100%活性物質的利用率還和放電條件溫度和放電電流的大小有關電極活性物質利用率為電極實際放出的容量占電極的理論容量的百分比為了對不同大小的電池進行比較,引入比容量的概念,有質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）影響鉛酸蓄電池實際容量的因素和提高方法1.影響因素影響鉛酸蓄電池實際容量的因素如下(1)放電制度,指放電速率放電形式終止電壓和溫度,高速率和低溫環境下放電時,會減少電池輸出的容量(2)電極的結構,包括電池極板的高寬比例厚度空隙率和導電柵網的形式(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,常用倍率和小時率表示小時率是以放電時間表示的放電速率,即某

4、電流放電至規定終止電壓所經歷的時間,假設某電池額定容量是20Ah,若在20h率的情況下放電,則電流應該為10/20=0.5A倍率是指電池放電電流的數值為額定容量數值的倍數,電池放電倍率越高,放電電流就越大,放電時間就越短,放出的相應容量也就越少,例如放電電流表示為0.1C,對于容量是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為放電電流越大,單位時間所消耗的硫酸越多極板空隙內由于硫酸消耗較快造成空隙內電解液密度下降較快,故大電

5、流放電時,極板表面活性物質的空隙極易被生成的硫酸鉛堵塞,使空隙內實際參加電化學反應的活性物質的數量下降,隨著放電電流的增大,蓄電池的容量減小因發動機啟動時屬于大電流放電,如果長時間接通啟動機,就會使蓄電池的端電壓急速下降至終止電壓,輸出容量減小,且使蓄電池過早損壞故在使用啟動機啟動發動機時,一次啟動時間不應超過5s,連續兩次啟動時間間隔15s以上,使電解液充分滲透到極板空隙內層,以提高極板空隙內活性物質的利用率和再次啟動的端電壓,延長蓄電池的使用壽命(6)終止電壓,指電池放電時電壓下降到不能再繼續放電時的最低工作電壓一般在高倍率低溫條件下放電時,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降低,電池也不會放出太多的電量,但是終止電壓過低會對電池造成損傷,會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境下進行放電,放電容量隨溫度升高而升高,隨溫度降低而降低按國際標準,VRLA電池放電時,若溫度不是標準溫度25,則需要把實測容量換算成標準溫度的實際容量環境溫度和電池容量關系的計算公式為：Ce=Cr/1+k(T-25)式中,Ce為標準溫度下電池放電的容量;Cr為非標準溫度下電池放電容量;T為環境溫度;k為溫度系數,10h率容量實驗時為0.006-1,3h率容量實驗時為0.008-1,1h率容量實驗時

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度的輕物質作為鉛酸蓄電池的板柵材料,以減小極板質量,如復合鉛布板柵鉛網泡沫鉛泡沫石墨板柵等;采用新型結構設計,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的利用率電解液溫度較低時,其黏度增大,致使滲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,適當提高蓄電池的溫度,將有利于提高蓄電池的容量及啟動性能在寒冷地區冬季啟動汽車時,低溫和大電流放電是造成啟動困難的原因之一(8)電解液的相對密度適當地增加電解液的

8、相對密度,可減小內阻,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密度較高時,由于電解液的黏度增加使內阻增加,引起滲透能力降低從而導致容量下降此外,電解液相對密度較高時易造成極板硫化而導致容量下降實踐證明,電解液相對密度偏低,有利于提高放電電流和容量,延長蓄電池的使用壽命故冬季在電解液不會結冰的前提下,也應盡可能采用相對密度稍低的電解液2.提高實際電容量的方法提高鉛酸蓄電池的實際容量,主要采取以下措施1)增加活性物質量參加反應的活性物質量的多少與極板的厚度有關,由于小電流長時間放電時,電解液能夠滲透到極板深層的活性物質空隙中,活性物質利用率高,放電容量就大相反,在短時間里,放電電流過大

9、,極板表面生成的硫酸鉛容易堵塞活性物質的孔隙,導致極板深層活性物質得不到電解液的及時補充而終止放電因此,采用大電流短時間放電,放電容量取決于極板面積的大小2)改變活性物質空隙率活性物質中孔洞所占的總體積(容積)與活性物質總體積(容積)之比,叫活性物質的空隙率(孔度)根據定義可知,活性物質的空隙率越大,實際孔洞就越多,活性物質就越少雖然空隙率越大,電解液與活性物質接觸面積越大,電池放電量越大,但是因為孔洞太多,活性物質就會減少,電池的放電量反而減小所以,一定存在一個最佳的空隙率,一般情況下正極板空隙率為55%,負極板為60%另外,當活性物質組成中二氧化鉛的 -PbO2多時,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,擴散困難,濃度差急劇增加,電阻增大,使活性物質內部的化學反應難以進行電解液密度低,參加反應的硫酸量不夠;密度太高,電解液的黏度和電阻也會增加剛開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,放電電流也會影響鉛酸蓄電池的容量利用較小電流放電時,電流密度小,鉛離子的數量在電極附近少,即鉛離子過飽和度小,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空隙擴散到極板深處與活性物質接觸,放電容量會提高4)鉛酸蓄電池不能閑置時間太長鉛酸蓄電池閑置時間太長,會使容量越

11、來越低,如下圖所示：（三）極板化成極板化成是利用化學和電化學反應使極板轉化成具有電化學特征的正負極的過程極板化成時需要用直流電源在正負極間施加電壓,形成電流通過電極而實現電極物質的氧化-還原反應,正極板上的活性物質發生電化學氧化,生成二氧化鉛,負極板上發生電化學還原,生成海綿狀鉛在極板化成的中后期將會有氧氣和氫氣排出,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充電,這時會有火花產生,將有可能導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,正負極板分別作為陽極和陰極進行通電一般汽車型極板要用2030h才能完

12、成在化成的末期進行1030min的短時間放電(稱保護放電),使極板表面生成一層薄的硫酸鉛,可以減少和降低負極海綿狀的鉛與空氣接觸時的氧化,還可以增加正極板活性物質的強度,減少活性物質的脫落最后經水洗后,再干燥去掉水分若干燥過程中采取不當的工藝措施,會使部分鉛被氧化,這時化成的極板稱為熟極板極板在化成過程中發生兩類反應,即化學反應和電化學反應,它們之間既有聯系又相互獨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,正負極必然會有如下反應:PbO+H2SO4 PbSO4+H2O3PbOPbSO4H2O+3H2SO44PbSO4+4H2OPbOPbSO4+H2SO4 2PbSO4+H2O隨著反應物的消耗,中和反應的速率逐漸減慢,當反應物消耗完時中和反應就停止在一般情況下,中和反應大概要占整個實驗過程的一半或者短一些（四）鉛酸蓄電池的型號國產鉛酸蓄電池的型號分為三部分,其排列及含義如下:第一部分表示串聯的單格電池數,用阿拉伯數字表示鉛酸蓄電池標準電壓是這個數字的2倍第二部分表示串聯蓄電池的類型和特征,用漢語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,如“A”表示干荷電鉛酸蓄電池,具有兩種特征時按順序將兩個代號