鉛酸蓄電池自1958年發明以來,其使用和發展已經有了100多年的歷史,其廣泛應用於內燃機車的動力端,而新能源車所使用的鉛酸蓄電池因為需要為車輛提供動力,所以它的主要發展方向是提高比能量,增大循環使用的壽命。鉛酸蓄電池是最成熟的新能源電池系統,1881年,世界第一輛電動三輪車使用的就是鉛酸蓄電池,由於鉛酸蓄電池成熟、可靠性好、原材料價格低廉,同時比功率也基本上可以滿足電動驅動的動力要求,所以在新能源汽車中廣泛應用。新能源汽車更多資訊在「優能工程師」,由易到難,由淺入深,全方位學習,維信館主。
一、工作原理
鉛酸蓄電池用填滿海綿狀鉛的鉛板作負極,填滿二氧化鉛的鉛板作正極,並用1.28%的稀硫酸作電解質。在充電時,電能轉化為化學能,放電時化學能又轉化為電能。電池在放電時,金屬鉛是負極,發生氧化反應,被氧化為硫酸鉛;二氧化鉛是正極,發生還原反應,被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時,兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源後,它又恢復到放電前的狀態,組成化學電池。鉛蓄電池是能反覆充電、放電的電池,叫做二次電池。它的電壓是2V,通常把三個鉛蓄電池串聯起來使用,電壓是6V。汽車上用的是6個[2]鉛蓄電池串聯成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時間後要補充蒸餾水,使電解質保持含有22~28%的稀硫酸。
鉛酸蓄電池充、放電化學反應的原理方程式如下:
二、使用注意事項
1.確保在電池和設備之間和周圍進行充分的絕緣措施。不充分的絕緣措施可能引起電擊、短路發熱、冒煙或燃燒。
2.充電應用充電器,直接連在直流電源可能會引起電池洩漏、發熱或燃燒。
3.由於自放電,電池容量會緩慢減少。在儲存長時間後使用前,請重新對電池充電。
三、鉛酸蓄電池的優缺點
鉛酸蓄電池的優點
1、性能比較優勢
目前,大規模產業化的二次電池主要有鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池和鋰離子電池。鎘鎳電池含有劇毒元素鎘,已逐步被其他電池所替代。目前,市場上應用最廣泛的電池為鉛酸蓄電池、鋰離子電池和氫鎳電池。
相較於其他二次電池,鉛酸蓄電池主要有以下性能比較優勢:
A、實現工業化生產的時間最長、技術最成熟的電池,性能穩定、可靠,適用性好;
B、採用稀硫酸作電解液,無可燃性,電池採用常壓或低壓設計,安全性好;
C、工作電壓較高、工作溫度範圍較寬,適用於混合電動車(HEV)等高倍率放電應用;
D、能浮充電使用,淺充淺放電性能優異,適用於不間斷電源(UPS)、新能源儲能、電網削峰填谷等領域;
E、大容量電池技術成熟,能製成數千安時的電池,為大規模儲能提供了便利。
2、成本比較優勢
鉛酸蓄電池是最廉價的二次電池,單位能量的價格是鋰離子電池或氫鎳電池的 1/3 左右。此外,鉛酸蓄電池的主要成分為鉛和鉛的化合物,鉛含量高達電池總質量的 60%以上,廢舊電池的殘值較高,回收價格超過新電池的 30%,因此鉛酸蓄電池的綜合成本更低。
3、再生利用比較優勢
鉛酸蓄電池組成簡單,再生技術成熟,回收價值高,是最容易實現回收和再生利用的電池。全球再生鉛產量已經超過原生鉛產量,美國廢鉛酸蓄
電池鉛的再利用率已超過 98.5%,我國廢鉛酸蓄電池的再利用率也達到 90% 以上。鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池多為小型電池,且組成複雜,再生成本高,回收難度大,再生產業難以實現市場化運營。目前,前述電池全球的平均回收比例不足 20%,特別是鋰離子電池,多數國家尚未實現有效回收和再生。
鉛酸蓄電池的缺點
1、能量密度偏低
傳統的鉛酸蓄電池質量和體積能量密度偏低,能量密度只有為鋰離子電池的 1/3 左右,氫鎳電池的 1/2 左右,並且體積較大,不適宜在質量輕、體積小的場合使用。未來,鉛酸蓄電池能量密度仍有較大的提高空間,尤其是泡沫碳等採用新材料、新技術的鉛酸蓄電池。
2、循環壽命偏短
傳統鉛酸蓄電池循環壽命較短,理論循環次數為鋰離子電池 1/3 左右。鉛酸蓄電池的循環壽命提高的空間仍然比較大,特別是新材料、新結構和新技術的鉛酸蓄電池,如雙極性鉛酸蓄電池、鉛碳電池等。
3、產業鏈存在鉛汙染風險
鉛是鉛酸蓄電池的主要原材料,鉛佔電池質量的 60%以上,全球鉛酸蓄電池的用鉛量佔總用鉛量的 80%以上。鉛為重金屬,鉛酸蓄電池製造產業鏈(包括原生鉛冶煉、電池製造、電池回收、再生鉛冶煉)存在較高的鉛汙染風險,與新能源動力車的概念背道,同時管理不善還會對環境造成汙染和對人體健康產生危害。