电源工艺学习题.pdf

第 1 页 共 5 页 电源工艺学第三章作业 班级 xxxxxx姓名 xxxxxx学号 xxxxxxxxx 1 铅酸电池在低温下的充电效率很低 原因是什么 答 低温下 铅蓄的负极会钝化 即放电产物硫酸铅在负极表面形成多晶层 导致电极 表面和硫酸溶液被分隔开 充电时 硫酸要通过电导率很低的多晶层才能到达 所以铅酸电 池在低温下的充电效率很低 2 为什么低温下正极的充电接受能力比负极好 答 由溶解沉淀机理 充电过程中负极所需要的是由的溶解提供的 在低温条件下的饱 和度降低 同时的溶解速率下降 这都抑制了向电极的扩散 限制了极限电流值 3 浮充 浮充是蓄电池组的一种供 放 电工作方式 系统将蓄电池组与电源线路并联连接到负 载电路上 它的电压大体上是恒定的 仅略高于蓄电池组的端电压 由电源线路所供的少量 电流来补偿蓄电池组局部作用的损耗 以使其能经常保持在充电满足状态而不致过充电 4 化成 用通入直流电的方法使正极板上的活性物质发生电化学氧化 生成 PbO2 同时负极板 上的活性物质发生电化学还原 生成海绵状铅 这个过程称为化成 5 正极板栅腐蚀和变形 在蓄电池充电过程中 板栅都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅 最后导致丧失支撑活性物 质的作用 使蓄电池失效 或者由于二氧化铅腐蚀层的形成 使铅合金产生应力 致使板栅 发生线性变形 当这种变形超过 4 时 将使极板整体遭到破坏 活性物质与板栅因接触不良 而脱落 或在汇流排处形成短路 目前在蓄电池上使用的合金有 3 类 即传统的铅锑合金 低锑或超低锑合金 铅钙系列 合金 这 3 种合金铸成的板栅在蓄电池充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅 从而发 生上述情况 正极板栅的腐蚀 变形是蓄电池老化最主要的标志 正极板腐蚀的特征 正极板腐蚀的特征 电解液混浊 极板呈腐烂状 极板上的活性物质由于板栅腐蚀后失 去应有的强度和凝固性而脱落 这种脱落往往呈块粒状 活性物质的脱落不仅破坏了活性物 质的细孔组织 而且使有效物质的数量逐渐减少 从而造成蓄电池容量的下降 第 2 页 共 5 页 正极板栅的腐蚀有几种情况 正极板栅的腐蚀有几种情况 一是二氧化铅表面析出氧腐蚀 二是催化腐蚀 三是是铅 二氧化铅固相反应腐蚀 第四 二氧化铅中有 2 种结晶 即 PbO2和 PbO2 与板栅直接 接触的一层大半是 PbO2 外层大部分是 PbO2 而正极板栅腐蚀的基本产物是 PbO2 正极板栅腐蚀变形的具体原因 正极板栅腐蚀变形的具体原因 一是电解液内含有超量的杂质 二是正极板栅受腐蚀的 过程也是氧化膜生成的过程 因此板栅的线性尺寸有所增加 这就造成了板栅的变形或胀大 三是电解液密度和温度的影响 低温 大电流放电会促使正极板上的活性物质脱落 四是在 正极板栅处于阳极极化的条件下 经常过量充电是造成正极板栅腐蚀的主要原因 五是由于 蓄电池在使用中反复充电 放电 化学反应中的不可逆因素使极板逐渐变质 这是蓄电池正 常的损坏形式 极板腐蚀变形的预防及补救措施极板腐蚀变形的预防及补救措施 1 浇铸板栅的铅锑合金中添加结晶变型剂 效果较好 的结晶变型剂有银 砷 钙等 以改善正极板栅氧化膜的保护性能 或者对板栅进行热处理 使板栅内 外成分均匀 结晶细致 也可达到抗腐蚀 抗变形的效果 2 若电解液中有杂质 应更换符合规定的电解液 同时清除沉淀物 彻底清洗极板 隔板 电池槽 3 对于已到寿 命中期以后的蓄电池 若发现正极板栅腐蚀 一般不要拆修 能勉强使用先尽量维持使用 到寿命终止后再更换新极板 参考文献 1 李婷 蓄电池极板腐蚀变形的处理及预防 J 汽车维修 2010 01 38 39 2 李婷 车用铅蓄电池极板腐蚀变形的处理及预防 J 电池工业 2010 02 116 119 6 负极不可逆硫酸盐化 在正常条件下 铅蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶 在充电时能较容易地还原为铅 如 果电池的使用和维护不当 例如经常处于充电不足或过放电 负极就会逐渐形成一种粗大坚 硬的硫酸铅 它几乎不溶解 用常规方法充电很难使它转化为活性物质 从而减少了电池容 量 甚至成为蓄电池寿命终止的原因 这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化 为了防止负极 发生不可逆硫酸盐化 必须对蓄电池及时充电 不可过放电 7 电池成流反应及反应机理 1 放电过程放电过程 如图1所示 当外电路接通时 在正负极板间电场力的作用下 负极板 的电子 2e 将沿着外电路定向移动到正极板 形成放电电流 f I 正极板上4价的铅离子将得到2个电子 2e 变成2价的铅离子 2 Pb 即 第 3 页 共 5 页 24 Pbe2Pb 2价的铅离子很容易与溶液中的硫酸根离子 2 4 SO结合 成为较稳定的硫酸铅 PbSO4 沉附 于正极板上 即 4 2 4 2 PbSOSOPb 显然 电离与反电离的相对平衡被打破 电离又将进行 负极板上由于失去了2个电子 2e 2 Pb与 2e 的束缚力消失 2 Pb很容易与另一个 2 4 SO结合 成为较稳定的硫酸铅 PbSO4 沉附在负极板上 即 4 2 4 2 PbSOSOPb 2 充电过程充电过程 如图2所示 在外电场力的作用下 使得正极板处 2 Pb失去2个电子 2e 并沿外电路定向移动到负极板 形成充电电流 c I 正极板处 2 Pb由于失去2个电子 2e 变成了4价的铅离子 4 Pb 即 42 Pbe2Pb 4价的铅离子 4 Pb与2个硫酸根离子 2 4 SO2结合成过硫酸铅 Pb SO4 2 即 第 4 页 共 5 页 2 4 2 4 4 SOPbSO2Pb 过硫酸铅 Pb SO4 2再与水2H2O 作用 生成二氧化铅 PbO2和硫酸2H2SO4 即 422224 SOH2PbOOH2SOPb 二氧化铅 PbO2则沉淀覆盖在正极板上 硫酸2H2SO4于电解液之中 负极板处 2价的铅离子 2 Pb获得从正极板过来的2个电子 2e 而变成 Pb 即 Pbe2Pb2 沉附于负极板上 电解液随着充电的进行 硫酸逐渐增多 水逐渐减少 故容重逐渐增大 充电后的生成物充电后 正极板中的生成物为 PbO2 负极板中的生成物为 Pb 电解液中 的生成物为2H2SO4 总的来看 充放电过程为 OH2PbSO2SOH2PbPbO 24422 充电 放电 参考文献 1 周佳娜 铅酸蓄电池充放电原理及其现场应用 J 电力建设 2003 04 13 15 8 正极添加剂的添加原则及用途 正极添加剂原则 正极添加剂原则 1 化学性质稳定 耐氧化 2 不能造成正极活性物质的软化 脱落和极板的腐蚀 正极常见添加剂 红丹 纤维 乙炔黑 聚四氟乙烯 用途 用途 红丹 变晶剂 成核剂 提高化成效率 提高电池循环寿命 纤维 粘结剂 提高活性物质机械性能 乙炔黑 导电剂 膨胀剂 放电后期 当硫酸铅晶体显著增多时 改善电极活性物质的 导电性 同时可以防止可以防止活性物质结块和收缩 可以很好地吸附硫酸 提高硫酸对活 性物质的接触渗透 有利于电化学反应的进行 聚四氟乙烯 粘结剂 对活性物质有凝聚作用 能够提高电极使用寿命 参考文献 1 冯文辉 张公正 王正刚 杨素玲 铋和锡作为铅蓄电池正极添加剂的研究 J 电源技术 第 5 页 共 5 页 1999 01 19 20 2 柳厚田 梁海河 杨炯 周敏 周伟舫 铅酸蓄电池正极添加剂的研究 J 复旦学报 自然 科学版 1999 05 572 577 3 魏杰 王东田 翟淑芳 董保光 最近 10 年铅酸电池添加剂研究概况 J 电池 2001 01 40 43 4 张宝宏 沈左松 井厚良 碳纤维作为铅酸蓄电池正极添加剂 J 电源技术 2004 01 29 31 5 吴寿松 P6O 2作为铅蓄电池正极添加剂的一些进展 A 中国电池工业协会 CBIA2005中 国国际电池学术交流会论文集 C 中国电池工业协会 2005 2 6 王翔 廉国庆 方明学 电动车管式铅蓄电池正极添加红丹的研究 J 电池工业 2012 03 140 142 7 周颖 竺培显 孙勇 Sb 2O 3 作为铅酸蓄电池正极添加剂的研究