1、實驗一實驗一 簡易鉛酸簡易鉛酸蓄電池的制備蓄電池的制備 一、目的1、掌握鉛酸蓄電池的工作原理和基本構(gòu)造。2、了解鉛酸蓄電池制備過程。二、基本原理二、基本原理v1、鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生 v 鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（pbo2），在硫），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)的不穩(wěn)定物質(zhì)-氫氧化鉛（氫氧化鉛（pb(oh)4），氫氧根離子在溶液），氫氧根離子在溶液中，鉛離子（中，鉛離子（pb4+）留在正極板上，故正極板上缺少電子。）留在正極板上，故正極板上缺

2、少電子。 v鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（pb），與電解液中），與電解液中的硫酸（的硫酸（h2so4）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（pb2+），鉛離子），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負極板上留下多余的兩個電子（轉(zhuǎn)移到電解液中，負極板上留下多余的兩個電子（2e-）。）。 v可見，在未接通外電路時（電池開路），由于化學(xué)可見，在未接通外電路時（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負極板上多余電子，兩作用，正極板上缺少電子，負極板上多余電子，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。勢。 v2、鉛酸蓄電

3、池放電過程的電化反應(yīng)、鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng) v鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負極板鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負極板上的電子經(jīng)負載進入正極板形成電流上的電子經(jīng)負載進入正極板形成電流i。同時在電池內(nèi)部進。同時在電池內(nèi)部進行化學(xué)反應(yīng)。行化學(xué)反應(yīng)。 v負極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子負極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（pb2+）與電解液中的硫酸根離子（）與電解液中的硫酸根離子（so42-）反應(yīng)，在極板）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（上生成難溶的硫酸鉛（pbso4）。）。 v正極板的鉛離子（正極板的鉛離子（pb4+）得到來自負極的兩個電子）

4、得到來自負極的兩個電子（2e-）后，變成二價鉛離子（）后，變成二價鉛離子（pb2+），與電解液中的硫酸），與電解液中的硫酸根離子（根離子（so42-）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（pbso4）。正極板水解出的氧離子（）。正極板水解出的氧離子（o2-）與電解液中的）與電解液中的氫離子（氫離子（h+）反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水。）反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水。 v 電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電場的電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電場的作用下分別移向電池的正負極，在電池內(nèi)部形成電作用下分別移向電池的正負極，在電池內(nèi)部形成電流，整個回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。流，整個回

5、路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。 v放電時放電時h2so4濃度不斷下降，正負極上的硫酸濃度不斷下降，正負極上的硫酸鉛（鉛（pbso4）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)電），電解液濃度下降，電池電動勢降低。電），電解液濃度下降，電池電動勢降低。v化學(xué)反應(yīng)方程式：化學(xué)反應(yīng)方程式：v正極活性物質(zhì)正極活性物質(zhì) 電解液電解液 負極活性物質(zhì)負極活性物質(zhì) 正極生成物正極生成物 電解液生成物電解液生成物 負極生成物負極生成物v vpbo2 + 2h2so4 + pb pbso4 + 2h2o + pbso4v氧化鉛氧化鉛 稀硫酸稀硫酸 鉛鉛 硫酸鉛硫酸鉛 水水 硫酸鉛硫酸鉛v3、鉛酸

6、蓄電池充電過程的電化學(xué)反應(yīng)、鉛酸蓄電池充電過程的電化學(xué)反應(yīng) v外接一直流電源進行充電，使正、負極板在放電后生成外接一直流電源進行充電，使正、負極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)的物質(zhì)恢復(fù)成原來的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來。能儲存起來。v在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（價鉛離子（ pb2+ ）和硫酸根負離子（）和硫酸根負離子（so42-），由于外電源），由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子（ pb2+

7、）不斷放出兩個電子來補充，變成四價鉛離子）不斷放出兩個電子來補充，變成四價鉛離子（ pb4+ ），并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧），并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧化鉛（化鉛（pbo2）。）。v 在負極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二在負極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（價鉛離子（pb2+）和硫酸根負離子（）和硫酸根負離子（so42-），由于負極不），由于負極不斷從外電源獲得電子，則負極板附近游離的二價鉛離子斷從外電源獲得電子，則負極板附近游離的二價鉛離子（ pb2+ ）被中和為鉛（）被中和為鉛（pb），并以絨狀鉛附著在負極板上。），并以絨狀鉛附

8、著在負極板上。 v 電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子（電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子（h+）和硫酸根）和硫酸根離子（離子（so42-），負極不斷產(chǎn)生硫酸根離子（），負極不斷產(chǎn)生硫酸根離子（so42-），在電），在電場的作用下，氫離子向負極移動，硫酸根離子向正極移動，場的作用下，氫離子向負極移動，硫酸根離子向正極移動，形成電流。形成電流。 v充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會發(fā)生水的電充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會發(fā)生水的電解反應(yīng)。解反應(yīng)。v化學(xué)反應(yīng)式為：化學(xué)反應(yīng)式為：v正極物質(zhì)正極物質(zhì) 電解液電解液 負極物質(zhì)負極物質(zhì) 正極生成物正極生成物 電解液生成物電解液生成物 負極生成物

9、負極生成物vpbso4 + 2h2o + pbso4 pbo2 + 2h2so4 + pbv硫酸鉛硫酸鉛 水水 硫酸鉛硫酸鉛 氧化鉛氧化鉛 硫酸硫酸 鉛鉛v4、鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化、鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化 v鉛酸蓄電池放電時，電解液中的硫酸不斷減少，鉛酸蓄電池放電時，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降。水逐漸增多，溶液比重下降。 v鉛酸蓄電池充電時，電解液中的硫酸不斷增多，鉛酸蓄電池充電時，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。水逐漸減少，溶液比重上升。 v 實際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來判實際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池

10、的充電程度。斷鉛酸蓄電池的充電程度。 三、基本構(gòu)造三、基本構(gòu)造v1.正負極板正負極板v 鉛酸蓄電池的極板，依構(gòu)造和活性物質(zhì)化成方法，可分鉛酸蓄電池的極板，依構(gòu)造和活性物質(zhì)化成方法，可分為四類：涂膏式極板、管式極板，化成式極板，半化成式極為四類：涂膏式極板、管式極板，化成式極板，半化成式極板。板。v涂膏式極板（涂漿式極板）由板柵和活性物質(zhì)構(gòu)成的。涂膏式極板（涂漿式極板）由板柵和活性物質(zhì)構(gòu)成的。v板柵的作用為支撐活性物質(zhì)和傳導(dǎo)電流、使電流分布均勻。板柵的作用為支撐活性物質(zhì)和傳導(dǎo)電流、使電流分布均勻。v板柵的材料一般采用鉛銻合金，免維護電池采用鉛鈣合金。板柵的材料一般采用鉛銻合金，免維護電池采用鉛鈣

11、合金。v正極活性物質(zhì)主要成分為二氧化鉛，負極活性物質(zhì)主要成分正極活性物質(zhì)主要成分為二氧化鉛，負極活性物質(zhì)主要成分為絨狀鉛。為絨狀鉛。v2隔板隔板v電池用隔板是有微孔橡膠、顏料玻璃纖維等材料制電池用隔板是有微孔橡膠、顏料玻璃纖維等材料制成的，它的主要作用是：成的，它的主要作用是：v(1)防止正負極板短路。防止正負極板短路。v(2)使電解液中正負離子順利通過。使電解液中正負離子順利通過。v(3)阻緩正負極板活性物質(zhì)的脫落，防止正負極板因阻緩正負極板活性物質(zhì)的脫落，防止正負極板因震動而損傷。震動而損傷。v因此要求隔板要有孔率高，孔徑小，耐酸，不分泌因此要求隔板要有孔率高，孔徑小，耐酸，不分泌有害雜質(zhì)

12、，有一定強度，在電解液中電阻小，具有有害雜質(zhì)，有一定強度，在電解液中電阻小，具有化學(xué)穩(wěn)定性的特點。化學(xué)穩(wěn)定性的特點。v3.電解液電解液v電解液是蓄電池的重要組成部分，它的作用是傳導(dǎo)電流和參電解液是蓄電池的重要組成部分，它的作用是傳導(dǎo)電流和參加電化學(xué)反應(yīng)。加電化學(xué)反應(yīng)。v電解液是由濃硫酸和凈化水（去離子水）配制而成的，電解電解液是由濃硫酸和凈化水（去離子水）配制而成的，電解液的純度和密度對電池容量和壽命有重要影響。液的純度和密度對電池容量和壽命有重要影響。v4.電池殼、蓋電池殼、蓋v電池殼、蓋是裝正、負極板和電解液的容器，一般由塑料和電池殼、蓋是裝正、負極板和電解液的容器，一般由塑料和橡膠材料制

13、成。橡膠材料制成。v5.排氣栓排氣栓v一般由塑料材料制成，對電池起密封作用，阻止空氣進入，一般由塑料材料制成，對電池起密封作用，阻止空氣進入，防止極板氧化。同時可以將充電時電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體排出電防止極板氧化。同時可以將充電時電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體排出電池，避免電池產(chǎn)生危險。池，避免電池產(chǎn)生危險。v使用前：必須將排氣栓上的盲孔用鐵絲刺穿，以保證氣體溢使用前：必須將排氣栓上的盲孔用鐵絲刺穿，以保證氣體溢出通暢。出通暢。四、鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝流程四、鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝流程 v1.板柵鑄造板柵鑄造v鉛酸蓄電池用板柵合金為鉛銻（包括多元低銻）和鉛酸蓄電池用板柵合金為鉛銻（包括多元低銻）和鉛鈣兩大系列，板柵的制

14、造有鑄造和拉網(wǎng)兩種方式，鉛鈣兩大系列，板柵的制造有鑄造和拉網(wǎng)兩種方式，鑄造方法中又分為重力澆鑄和壓力鑄造。目前板柵鑄造方法中又分為重力澆鑄和壓力鑄造。目前板柵的制造方法，多以傳統(tǒng)的澆鑄為主。的制造方法，多以傳統(tǒng)的澆鑄為主。v其中，正極是低銻合金，負極是鉛鈣合金的混合式其中，正極是低銻合金，負極是鉛鈣合金的混合式發(fā)展很快，因為鉛鈣合金自放電低，低銻合金深放發(fā)展很快，因為鉛鈣合金自放電低，低銻合金深放電壽命好，混合式合金板柵兼有兩者的優(yōu)點。電壽命好，混合式合金板柵兼有兩者的優(yōu)點。v2生極板的制造生極板的制造v 在化成之前的極板稱為生極板。生極板在化成之前的極板稱為生極板。生極板是由水、硫酸、鉛粉以

15、及添加劑混合制成鉛是由水、硫酸、鉛粉以及添加劑混合制成鉛膏，填涂在板柵上，又經(jīng)津酸、固化和干燥膏，填涂在板柵上，又經(jīng)津酸、固化和干燥而成。正負極板分別在兩條生產(chǎn)線上進行，而成。正負極板分別在兩條生產(chǎn)線上進行，嚴(yán)防負極活性物質(zhì)混入正極活性物質(zhì)中，縮嚴(yán)防負極活性物質(zhì)混入正極活性物質(zhì)中，縮短使用壽命。短使用壽命。 v3極板的化成極板的化成v 在稀硫酸電解液中，把正極板與直流電源的正在稀硫酸電解液中，把正極板與直流電源的正極相接，負極板與直流電源的負極相接，用電化學(xué)極相接，負極板與直流電源的負極相接，用電化學(xué)方法使正極板上的活性物質(zhì)發(fā)生陽極氧化，生成方法使正極板上的活性物質(zhì)發(fā)生陽極氧化，生成pbo2，同時，在負極板上發(fā)生陰極還原，生成海綿，同時，在負極板上發(fā)生陰極還原，生成海綿狀鉛。這種用直流電電解的方法形成的鉛酸蓄電池狀鉛。這種用直流電電解的方法形成的鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的過程，叫極板的化成。化成方式有槽式活性物質(zhì)的過程，叫極板的化成。化成方式有槽式化成和電池化成。化成和電池化成。v4鉛酸蓄電池的組裝鉛酸蓄電池的組裝v把化成好的極板、隔板、電池槽和其他零部把化成好的極板、隔板、電池槽和其他零部件按電池結(jié)構(gòu)要求裝成電池。首先把相同的件按電池結(jié)構(gòu)要求裝成電池。首先把相同的極板并聯(lián)焊接成極群組，再焊接在匯流排上，極板并聯(lián)