把物质的化学能转变为电能的设备,称为化学电池,一般简称为电池。
以酸性水溶液为电解质称为酸蓄电池,以碱性水溶液为电解质者称为碱电池。因为酸蓄电池电极是以铅及其氧化物为材料,故又称为铅蓄电池。铅蓄电池按其工作环境又可分为移动式和固定式两大类。固定型铅蓄电池按电池槽结构分为半密封式及密封式,半密封式又有防酸式及消氢式。依据电解液数量还可将铅酸电池分为贫液式和富液式,密封式电池均为贫液式,半密封式电池均为富液式。
铅酸电池分类可归纳如下:
铅酸蓄电池自发明后,在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得,使用上有充分的可靠性,适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。
到20世纪初,铅酸蓄电池历经了许多重大的改进,提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然而,开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点:①充电末期水会分解为氢、氧气体析出,需经常加酸、加水,维护工作繁重;②气体溢出时携带酸雾,腐蚀周围设备,并污染环境,限制了电池的应用。近二十年来,为了解决以上的两个问题,世界各国竟相开发密封铅酸蓄电池,希望实现电池的密封,获得干净的绿色能源。20世纪90年代后电信部门大量使用了阀控式铅蓄电池作为后备电源,阀控式铅蓄电池在电源产品中占有重要地位。
阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Battery(简称VRLA电池),其基本特点是使用期间不用加酸加水维护,电池为密封结构,不会漏酸,也不会排酸雾,电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀),该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值(通常用气压值表示),即当电池内部气压升高到一定值时,排气阀自动打开,排出气体,然后自动关闭,防止水份蒸发。
阀控铅蓄电池的基本结构如下图所示。它由正负极板、隔板、电解液、安全阀、气塞、外壳等部分组成。正负极板均采用涂浆式极板,活性材料涂在特制的铅钙合金骨架上。这种极板具有很强的耐酸性、很好的导电性和较长的寿命,自放电速率也较小。隔板彩超细玻璃纤维制成,全部电解液注入极板和隔板中,电池内没有流动的电解液,即使外壳破裂,电池也能正常工作。电池顶部装有安全阀,当电池内部气压达到一定数值时,安全阀自动开启,排出气体。电池内气压低于一定数值时,安全阀自动关闭,顶盖上还备有内装陶瓷过滤器的气塞,它可以防止酸雾从蓄电池中逸出。正负极接线端子用铅合金制成,采用全密封结构,并且用沥青封口。
图 阀铅蓄电池的结构
在阀控铅蓄电池中,电解液全部吸附在隔板和极板中,负极活性物质(海绵状铅)在潮湿条件下活性很多,能与氧气快速反应。充电过程中,正极板产生的氧气通过隔板扩散到负极板,与负极活性物质快速反应,化合成水。因此,在整个使用过程中,不需要加水补酸。阀控式铅酸蓄电池的化学反应原理就是充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来,放电时将化学能转化为电能供给外系统。其充电和放电过程是通过化学反应完成的,化学反应式如下:
正极:
充电
放电
充电
负极:
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