「专业知识」动力电池的工作原理-铅酸蓄电池

1）铅酸蓄电池

铅酸蓄电池，是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池，如图所示。

铅酸蓄电池

铅酸蓄电池以稀硫酸酸性水溶液为电解质，铅酸蓄电池的正极为PbO2，负极为海绵状Pb，故称为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池使用了近百年，是目前唯一大量使用的车载动力电池，与其他动力电池相比，具有性能可靠、技术成熟、价格便宜；大功率性能优异、电压平稳、安全性好；维护简便或者免维护；适用范围广、原材料丰富；自放电低，回收技术成熟等优点，国内外的第一代电动汽车广泛使用了铅酸蓄电池，目前，已经有很多专业公司研制和开发了多种新型铅酸蓄电池，使得铅酸蓄电池的性能有了较大的提高。但由于其能量密度低、循环寿命短、质量大、过充过放性能差等缺点。不符合环保与高效的要求，今后将逐渐被淘汰。

铅酸蓄电池的基本单元是单体电池（Battery Cell），每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成。每个单体电池的基本电压为2V，然后将不同容量的单体电池按使用要求进行组合，装置在不同的塑料外壳中，来获得不同电压和不同容量的铅酸蓄电池。铅酸蓄电池总成经过灌装电解液和充电后，就可以从铅酸蓄电池的接线柱上引出电流。

有的铅酸蓄电池采用密封、无锡网隔板等技术措施，并在普通铅酸蓄电池的电解液中加入硅酸胶之类的凝聚剂。使电解质成为胶状物，形成一种“胶体”电解质，采用“胶体”电解质的铅酸蓄电池，使用起来更加方便。

典型的铅酸蓄电池是阀控式密封铅酸蓄电池（AGM电池）。近年来，阀控式密封铅酸蓄电池被广泛地用于传动汽油车和一些低速纯电动汽车上，如图所示。

如果与小型的镍镉电池或镍氢电池等密封型电池比较，阀控式密封铅酸蓄电池则是一种阀门开启压力相当低的电池，在充电过程中利用负极吸收反应消耗正极上所产生的氧气并使之处于密封状态，未能吸收完的剩余氧气将通过控制阀向外界排出，负极吸收反应是指充电过程中正极所产生的氧气与负极的铅发生反应生成氧化铅，氧化铅又与电解液中的硫酸起反应生成硫酸铅，硫酸铅通过再次充电又被还原为铅的一整套循环。

由于在整个充电过程中将持续进行这样的循环，因此能始终保持密封的状态。但是，液体式铅酸蓄电池中充足的电解液会阻碍氧气的移动，因此在阀控式密封铅酸蓄电池中采用了一种被称为AGM隔板的超细玻璃纤维隔板，电解液将限制该隔板所能吸收的氧气量并使氧气平稳地向负极移动。另外，因电解液的量受到了限制，因此即使蓄电池发生翻倒，电解液也不会泄漏；而且由于极板群是被栅网状的隔板牢固压紧的，因此它还具有因正极难以老化而延长寿命的特点。

阀控式密封铅酸蓄电池

玻璃微纤维蓄电池隔板是指用玻璃微纤维作为原料生产的蓄电池隔板，其不含任何有机黏结剂，用直径约1μm的玻璃微纤维采用湿法制造而成，玻璃微纤维隔板（AGM）是阀控式铅酸蓄电池的关键材料之一。国内普遍采用高碱和中碱玻璃纤维混合原料，而国外则一般使用高碱玻璃纤维作为原料。

阀控式铅酸蓄电池是一种免维护蓄电池，由于免维护铅酸蓄电池在使用中不会出现极板短路、活性物质脱落、水分损失等问题，从而提高了使用寿命，其结构特点主要有以下几点：

（1）免维护蓄电池的正极栅板架一般采用铅钙合金或低锑合金制作，而负极栅板架均用铅钙合金制作，以此来减小极板短路和活性物质脱落。

（2）隔板的材料一般为超细玻璃微纤维，或将其正极板装在袋式隔板内。

（3）采用紧装配结构的极板组。

（4）单格极板组之间采取内连式接法，正、负极桩位于密封式壳体的外部。

（5）壳体上部设有收集水蒸气和硫酸蒸气的集气室，待其冷却后变成液体重新流回电解槽内。