阀控式铅酸蓄电池的基本原理毛诗伟时间年月课

教师：毛诗伟时间：2021年11月阀控式铅酸蓄电池的基本原理

Basicprincipleofvalveregulatedlead-acidbatteryCONTENTS目录1阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理2放电过程的化学反应3充电过程的化学反应4其总的化学化应方程式为5阀控电池的氧循环

一、阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理目前广泛使用的是铅酸蓄电池，主要是阀控式铅酸蓄电池。蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2)，负极板上的活性物质为纯铅(Pb)，电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定的比例配制而成。因为正负极板上的活性物质的性质是不同的，当两种极板放置在同一硫酸溶液中时，各自发生不同的化学反应而产生不同的电极电位。在电池内部，正极和负极通过电解质构成电池的内电路在电池外部接通两极导线和负载构成电池的外部电路

一、阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理阀控蓄电池的化学反应原理就是充电时将电能转化成化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化成电能供给外系统。其充电和放电过程是通过化学反应完成的。

一、阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理铅蓄电池在放电时，两极活性物质与硫酸溶液发生作用都成硫酸化合物——硫酸铅(PbSO4)；铅蓄电池的工作(即充电和放电)原理，可以用“双硫酸化理论”来说明。双硫酸化理论的含义是：而充电时，两个电极上的：PbSO4又分别恢复为原来的物质铅(Pb)和二氧化铅(PbO2)，而且这种转化过程是可逆的。

二、放电过程的化学反应PbO2+2H2SO4+Pb—PbSO4+2H2O+PbSO4正极硫酸负极正极水负极

从上式可以看出，蓄电池在放电过程中，正、负极板上的活性物质都不断转变为硫酸铅(PbSO4)。由于硫酸铅的导电性能比较差，所以放电以后，蓄电池的内阻增加。此外，在放电过程中，正极板的二氧化铅和负极板的海绵状铅与电解液中的硫酸反应，生成硫酸铅，电解液中的硫酸浓度降低；由于电解液中的硫酸(H2SO4)逐渐变成水(H2O)，所以电解液的比重逐渐下降，电动势逐渐降低。至放电终了时，蓄电池的端电压下降到1.8V左右。蓄电池的内部电流是离子流，其方向和正离子(2H+)移动的方向一致。

二、放电过程的化学反应蓄电池在放电过程的特点:正、负极板上的活性物质都不断转变为硫酸铅（PbSO4）。蓄电池的内阻增加。电解液的比重逐渐下降，电动势逐渐降低。至放电终了时，蓄电池的端电压下降到1.8V左右。

三、充电过程的化学反应

PbSO4+2H2O+PbSO4—PbO2+2H2SO4+Pb

正极水负极正极硫酸负极从上式可以看出，充电过程中，正极板上的硫酸铅(PbSO4)逐渐变为二氧化铅(PbO2)。负极板上的硫酸铅逐渐变为海绵状铅(Pb)。同时，电解液中的硫酸分子逐渐增加，水分子逐渐减少，因此，电解液的比重逐渐增加，蓄电池的电动势也逐渐增加。

三、充电过程的化学反应蓄电池在充电过程的特点正极板上的硫酸铅（PbSO4）逐渐变为二氧化铅（PbO2）。负极板上的硫酸铅逐渐变为海绵状铅（Pb）。蓄电池的内阻增加。电解液的比重逐渐增加，蓄电池的电动势也逐渐增加。充电注意事项充电过程后期，极板上的活性物质大部分已经还原，如果再继续大电流充电，充电电流只能起分解水的作用。这时，负极板上将有大量的氢气（H2）逸出，正极板上将有大量氧气（O2）逸出，蓄电池产生剧烈的冒气。不仅要消耗大量电能，而且由于冒气过甚，会使极板活性物质受冲击而脱落。所以应避免充电终期电流过大。

四、其总的化学化应方程式为(正极)(电解液)(负极)(正极)(电解液)(负极)

放电PbO2+2H2SO4+Pb≒PbSO4+2H2O+PbSO4

充电(二氧化铅)(硫酸)(海绵状铅)(硫酸铅)(水)(硫酸铅)正极活物质电解液负极活物质正极活物质电解液负极活物质这样的放电与充电循环进行，可以重复多次，直到铅蓄电池寿命终结为止。

四、其总的化学化应方程式为放电过程总反应方程式：PbO2+2H2SO4+Pb—2PbSO4+2H2O放电过程正极板反应方程式为：PbO2+2e-+4H++SO42-—PbSO4+2H2O放电过程负极板反应方程式为：Pb-2e-+SO42-—PbSO4

四、其总的化学化应方程式为充电过程总反应方程式：2PbSO4+2H2O—PbO2+2H2SO4+Pb充电过程正极板反应方程式为：PbSO4+2H2O-2e-—PbO2+H2SO4+2H+充电过程负极板反应方程式为：PbSO4+2H++2e-—Pb+H2SO4充放电全过程反应方程式：PbO2+2H2SO4+Pb≒PbSO4+2H2O+PbSO4

五、阀控电池的氧循环充电过程后期，由于正、负极板上的活性物质大部分已经还原，如果再继续大电流充电，充电电流只能起分解水的作用。这时，负极板上将有大量的氢气(H2)逸出，正极板上将有大量氧气(O2)逸出，蓄电池产生剧烈的冒气。不仅要消耗大量电能，而且由于过充电导致水分解而引起电解液的减少，冒气过甚，还会使极板活性物质受冲击而脱落。所以应避免充电终期电流过大，防止水电解电最失去水，因此要实现电池的密封。电池密闭设计的关键解决问题是实现充电过程产生的氧气能够迅速与负极板上充电状态下的活物质发生反应变成水，保证基本没有水份的损失。2H2O—电解2H2+O2

水负极正极

五、阀控电池的氧循环阀控式密封铅酸蓄电池负极板活性物质的总量比正极板多15%左右，电池充电至正极板已经充足时，负极板尚未充电到额定容量的90%，同时负极板采用提高析氢过电位的板栅材料（如铅钙合金），因此在正常情况下，电池内只有正极产生少量氧气，负极不会产生难以复合的氢气；正极在充电后期产生的氧气扩散到负极绒状铅的表面，与其化合(变成氧化铅PbO)，经化学反应最终复合为水，称为氧循环。对于早期的传统式铅酸蓄电池，由于充电过程中，氢氧气体从电池内部逸出，不能进行气体的再复合，需经常加酸加水进行维护。而阀控式铅酸蓄电池，能在电池内部对氧气进行再复合利用，同时抑制了氢气的析出，电池失水量很小，故使用期间不需加酸加水维护，克服了传统式铅酸蓄电池的主要缺点。

五、阀控电池的氧循环在阀控式铅酸蓄电池中，负极起着双重作用，即在充电末期或过充电时，一方面极板中的海绵状铅与正极产生的氧气(O2)反应而被氧化成一氧化铅(PbO)，另一方面是极板中的硫酸铅(PbSO4)又要接受外电路传输来的电子进行还原反应，由硫酸铅反应成海绵状铅(Pb)。

五、阀控电池的氧循环氧以两种方式传输：一是溶解在电解液中的方式，即通过在液相中的扩散，到达负极表面；二是以气相的形式扩散到负极表面。

五、阀控电池的氧循环密封原理示意图AGM或GEL电解液吸附系统，正极在充电后期产生的氧气通过AGM或GEL空隙扩散到负极，与负极海绵状铅发生反应变成水，使负极处于去极化状态或充电不足状态，达不到析氢过电位，所以负极不会由于充电而析出氢气，电池失水量很小，故使用期间不需加酸加水维护。

五、阀控电池的氧循环氧循环反应效率AGM电池具有良好