電池的工作原理

2021-01-15 電工之家


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一、什麼是電瓶:

電瓶,也叫蓄電池,蓄電池是電池的一種,它的工作原理就是把化學能轉化為電能。 通常,人們所說的電瓶是指鉛酸蓄電池。即一種主要由鉛及其氧化物製成,電解液是硫酸溶液的蓄電池。


二、電池簡介 :

電瓶,「二次電池」。放電後經充電可繼續使用的電池。有鉛蓄電池、鎳鐵蓄電池和鎳鎘蓄電池等。鉛蓄電池的正極是二氧化鉛,負極是鉛,以稀硫酸溶液作為電解質。放電(使用)時,正、負極與硫酸反應生成硫酸鉛,硫酸溶液濃度降到一定程度時,必須充電。用外電源充電時,可使電極和溶液恢復原狀,經充電後便可繼續使用。

三、電池分類:

1) 普通蓄電池;普通蓄電池的極板是由鉛和鉛的氧化物構成,電解液是硫酸的水溶液。它的主要優點是電壓穩定、價格便宜;缺點是比能低(即每公斤蓄電池存儲的電能)、使用壽命短和日常維護頻繁。

2) 幹荷蓄電池:它的全稱是乾式荷電鉛酸蓄電池,它的主要特點是負極板有較高的儲電能力,在完全乾燥狀態下,能在兩年內保存所得到的電量,使用時,只需加入電解液,等過20—30分鐘就可使用。


3) 免維護蓄電池:免維護蓄電池由於自身結構上的優勢,電解液的消耗量非常小,在使用壽命內基本不需要補充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場上的免維護蓄電池也有兩種:第一種在購買時一次性加電解液以後使用中不需要維護(添加補充液);另一種是電池本身出廠時就已經加好電解液並封死,用戶根本就不能加補充液。

四、電池工作原理

它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22~28%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個鉛蓄電池串聯成12V的電池組。普通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。


構成電池的基本元件:陽極,陰極和電解液

陽極:電子通過外電路被移出,電極本身發生氧化反應。陰極:通過外電路獲得電子,電極本身發生還原發應。

電解液:在電池內部提供離子從一個電極到另一個電極的遷移通道。

電極的活性材料可以是氣體、液體或固體,電解液可以是液體或固體

1.鹼性電池

負極反應

Zn + 2 OH- —> ZnO + H2O + 2 e-

正極反應

2MnO2 + H2O + 2 e- —>Mn2O3 + 2 OH-

完整的反應

Zn + 2MnO2 —> ZnO + Mn2O3 1.5 V

2.鋰亞硫醯氯電池

負極反應

Li —> Li+ + e-

正極反應

4Li+ + 4e- + 2SOCl2 —> 4LiCl + SO2 + S

完整的反應

4Li + 2SOCl2 —> 4LiCl + SO2 + S 3.6V

3.鋰二氧化錳電池

負極反應

Li —> Li+ + e

正極反應

MnO2 + Li+ + e —> MnIIIO2(Li+)

完整的反應

Li + MnO2 —> MnIIIO2(Li+) 3.6V

4.鎳氫電池

負極反應

MH + OH- M + H2O + e-

0.83V

正極反應

NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH-

0.49V

完整的反應

NiOOH + MH Ni(OH)2 + M

1.32V

5.鎳鎘電池

負極反應

Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2e-

0.81V

正極反應

NiOOH + 2H2O + 2e- Ni(OH)2 + 2OH-

0.49V

完整的反應

Cd +NiO2 + 2H2O Cd(OH)2 + Ni(OH)2

1.30V

6.鋰離子電池

負極反應

6C+Li+ +e-6CLi

正極反應

LiCoO2 CoO2 + Li+ + e-

完整的反應

6C+ LiCoO2 CoO2+6CLi

3.7 V

7.鋰聚合物電池

負極反應

6C+Li+ +e-6CLi

正極反應

LiCoO2 CoO2 + Li+ + e-

完整的反應

6C+ LiCoO2 CoO2+6CLi

3.7 V

8.鎳鋅電池

負極反應

Zn + 2OH- Zn(OH)2+ 2e

1.24V

正極反應

NiOOH + 2H2O + 2e- Ni(OH)2 + 2OH-

0.49V

完整的反應

2NiOOH + Zn + 2H2O 2Ni(OH)2 + Zn(OH)2

1.73V

9.鈉硫電池

負極反應

2Na 2Na+ + 2e-

正極反應

3S + 2e-< —> S32-

完整的反應

2Na + 3S Na2S3

2.076V

10.鐵鎳電池

負極反應

Fe + 2OH- Fe(OH)2 +2e-

3Fe(OH)2 + 2OH-< —> Fe3O4 + 4H2O + 2e-

0.81V

正極反應

2NiOOH + 2H2O 2Ni(OH)2 + 2OH-

0.49V

完整的反應

3Fe + 8NiOOH + 4H2O8 Ni(OH)2 + Fe3O4

1.30V

五、電池主要用途

鉛酸蓄電池產品主要有下列幾種,其用途分布如下:

起動型蓄電池:主要用於汽車、摩託車、拖拉機、柴油機等起動和照明;

固定型蓄電池:主要用於通訊、發電廠、計算機系統作為保護、自動控制的備用電源;

牽引型蓄電池:主要用於各種蓄電池車、叉車、鏟車等動力電源;

鐵路用蓄電池:主要用於鐵路內燃機車、電力機車、客車起動、照明之動力;

儲能用蓄電池:主要用於風力、太陽能等發電用電能儲存。

六、電池保養方法 :

1.切忌虧電存放虧電狀態指電瓶使用後沒及時充電,容易出現硫酸鹽化,硫酸鉛結晶物附在極板上,堵塞電離子通道,造成充電不足,電瓶容量下降。虧電狀態閒置時間越長,電瓶損壞越嚴重。電瓶閒置不用時,應每月充電一次,這能延長電瓶使用壽命。

2.要定期檢驗在使用過程中,如果電動自行車的續行裡程在短時間內突然下降十幾公裡,則很有可能是電瓶組中至少有一塊電池出現斷格、極板軟化、極板活性物質脫落等短路現象。此時,應及時到專業電瓶修復機構進行檢查、修復或配組。

3.勿大電流放電電動自行車在起步、載人、上坡時,最好用腳蹬助力,儘量避免瞬間大電流放電。大電流放電容易導致硫酸鉛結晶,從而損害電瓶極板的物理性能。

4.掌握充電時間一般情況下蓄電池都在夜間進行充電,平均充電時間在8小時左右。若是淺放電(充電後行駛裡程很短),電瓶很快就會充滿,繼續充電就會出現過充現象,導致電瓶失水、發熱,降低電瓶壽命。所以,蓄電池以放電深度為60%—70%時充一次電最佳,實際使用時可折算成騎行裡程,根據實際情況進行必要充電,避免傷害性充電。

5.防止高溫曝曬電動車嚴禁在陽光下曝曬。溫度過高的環境會使蓄電池內部壓力增加而使電瓶限壓閥被迫自動開啟,直接後果就是增加電瓶的失水量,而電瓶過度失水必然引發電瓶活性下降,加速極板軟化,充電時殼體發熱、殼體起鼓、變形等致命損傷。

七、電池故障檢修 :

在電動車主要部件中,蓄電瓶的故障率較高,以下列舉了一些典型的故障現象,介紹其檢查處理方法:

(一)、電瓶漏液

1、故障現象:常見的漏液現象:一是上蓋與底槽之間密封不好或因碰撞,封口膠開裂造成漏液;二是帽閥滲酸漏液;三是接線端處滲酸漏液;四是其他部位出現滲酸漏液。

2、故障的檢查和處理:先做外觀檢查,找出滲酸漏液部位。取開蓋片看帽閥周圍有無滲酸漏液痕跡,再打開帽閥觀察電瓶內部有無流動的電解液。完成了上述工作之後,若仍未發現異常,應做氣密性測試(放入水中充氣加壓,觀察電瓶有無氣泡產生並冒出,有氣泡則說明有滲酸漏液)。最後在充電過程中,觀察有無流動的電解液產生,如果有則說明是生產的原因。在充電過程中如有流動的電解液應將其抽盡。

(二)、電瓶充不進電

1、故障現象:首先檢查充電迴路的連接是否可靠,檢查連線與插頭接觸是否完好,認真檢查插座和插頭是否有「打火」燒弧現象,有無線路損傷斷線等。

檢查充電器有無損壞,充電參數是否符合要求:即初期充電電流達到1.6-2.5A/只;最高充電電壓達到14.8-14.9V/只,充電浮充電轉換電流達0.3-0.4A/只,浮充電壓達到14.0-14.4V/只。

查看電瓶內部是否有乾涸現象,即電瓶是否缺液嚴重,還應檢查極板是否存在不可逆硫酸鹽化。極板的不可逆硫酸鹽化,可通過充放電測量其端電壓的變化來判定。在充電時,電瓶的電壓上升特別快,某些單格電壓特別高,超出正常值很多;放電時電壓下降特別快,電瓶不存電或存電很少。出現上述情況,可判斷電瓶出現不可逆硫酸鹽化。

2、故障的檢查和處理:先將充電迴路連接牢固,充電器不正常的應更換。乾涸的電瓶應補加純水或1.050的硫酸,進行維護充電、放電恢復電瓶容量。如果發現有不可逆硫酸鹽化,應進行均衡充電恢復容量。乾涸的電瓶加液後的維護充電,應控制最大電流1.8A,充電10-15小時,三隻電瓶的電壓均在13.4V/只以上為好。如果電瓶之間電壓差別超過0.3V,說明電瓶已經出現不同步的不可逆硫酸鹽化。對於發生不可逆硫酸鹽化的電瓶,需要更換整組電瓶或激活電瓶。

八、電池修複方法 :

(一)、不平衡

修複方法:找出容量、電壓、自放電、電瓶內阻等一樣的電瓶一起用。

(二)、失水

修複方法:撬開電瓶上方的蓋板。一些電瓶的蓋板是ABS膠粘接的,一些電瓶是達扣連接的。有的是滑板。注意撬開蓋板的時候,不要損壞蓋板。這時可以看到6個排氣閥的橡膠帽。打開橡膠帽,露出排氣孔,通過排氣孔可以看到電瓶內部。一些電瓶的排氣閥底座是可以旋開的,可以不打開橡膠的排氣閥而旋開排氣閥底座。一些電瓶的橡膠帽周圍還有一些填充物。打開蓋,用手電照著,看小孔內部是否有乾涸現象,即電瓶是否失水。電瓶的極板是用白色玻璃纖維棉包裹著的,正常情況應該是溼潤的。用滴管吸入蒸餾水由排氣孔注入電瓶。把加好水的電瓶用透氣的遮擋物覆蓋排氣孔,以防止灰塵落入排氣孔。最好用醫用的二次蒸餾水。補水的原則是寧少勿多。不夠可以再加,多了造成酸比重下降,電瓶容量就會不足。無經驗者可以按每孔5mL掌握。最好是看著加,溼乎乎,亮晶晶,水汪汪。溼乎乎正好,亮晶晶就多了,水汪汪就太多了。

特別提示:補水工具使用玻璃、塑料等吸管。建議使用醫用一次性注射器,使用方便而且方便計量。補水工具不能使用任何含金屬的器具,注射器應拔去金屬針頭,套一節塑料管後使用。

(三)、硫酸鹽化

修複方法:將硫化的電瓶用脈衝修復儀修復,採用高壓(30V-50V) 脈衝(8330HZ)小電流(電瓶標稱容量的1%-2%)的方式,用10到20小時的時間,去除電瓶裡結晶後變的堅硬的硫酸鉛。

(四)、極板軟化

修複方法:將電瓶放電止10.5V後,用燈泡深放電1-5小時。然後用活化儀,活化修復。

(五)、短路

修複方法:水電瓶,可以打孔清晰,將短路的鉛粉弄出;電動車電瓶,可以迅速短路正負極,將短路的地方燒斷。

(六)、開路

修複方法:100A檢測電瓶電壓0V為開路,用單個測量的方法,測量出開路的地方,焊好。https://www.dgzj.com/dianyuan/

用萬用表可以測量出電瓶開路的地方!

九、電池損壞原因:

第一、當然首推下車不關空調

很多車主開車的時候開著空調,而下車的時候不關空調或者其它電器,而是直接熄火,而下次上車的時候就直接點火了,這樣對汽車的電瓶傷害非常大,會導致汽車電瓶瞬間電流非常大,長時間這樣操作對導致汽車電瓶壽命降低很多。

第二、下車熄火時不關車燈

這是很多車主最容易犯的錯誤了,汽車電瓶如果經常被這樣的整夜整夜的消耗,那損害當然是非常大的,如果是老電瓶,就有可能第二天沒電,讓您汽車都啟動不了了。

第三、汽車電路被改裝過

比如你的汽車音響經過改裝,使用了很大功率的汽車音響,就會給您的電瓶帶來很高的壓力,有可能會導致汽車電瓶壽命減少。

十、電池保養維護 :

長期存放的發電機電瓶,在使用前必須給予適當的充電,以保證電瓶正常的容量。(可通過比重計檢測電瓶的實際容量) 正常的操作及充電會導致電瓶內一些水被蒸發,這就需要經常對電瓶進行補液,補液前,首先應清潔加注口周圍的汙物,防止其落入電瓶格中,然後把加注口打開,加入適量的蒸餾水或純淨水,切勿加得過滿(以電瓶極板刻度為標準),否則,電瓶放電/充電時,內部的電解液會從加注口的溢流孔湧出,造成對周圍物體、環境的腐蝕破壞。

避免電瓶在低溫下啟動機組,低溫環境下電瓶容量將無法正常輸出,且長時間放電有可能造成電瓶故障(開裂或爆炸)。

備用發電機組電瓶應定期對電瓶進行維護充電,可配備浮充電器。

十一、電瓶保養的小技巧:

1、用溼布把電瓶外部擦洗一下,把面板上、樁頭上(即正負兩個極頭)的灰塵、油汙、白色粉末等易造成漏電汙物擦拭乾淨。這樣經常擦洗電瓶,電瓶的樁頭不會積白色的酸蝕粉末,其使用壽命會比較長。

2、打開電瓶加水蓋,看看水位是否在正常的位置。一般在電瓶側邊會有上、下限的標線來供你參考。如發現水位低於下標線,就必須添加蒸餾水,如果一下拿不到蒸餾水,則可用過濾自來水來應急。水不可加太多,標準是加到上下標線中間。

3、檢查一下電池是否充電正常。如果你有三用電錶,在起動發動機後,量一下電瓶兩極的電壓,必須超過13V以上才算正常。發現充電電壓過低,就需要請專業人員檢修一下充電系統了。如果沒有三用電錶,可用目測法:發動機起動後,打開電瓶加水蓋,看看每一小格裡面有沒有冒氣泡。正常的狀況是不斷有氣泡冒出水面,而且愈加油會冒得愈多;如果你發現沒有冒泡,那很可能就是充電系統有毛病了。特別注意的是做此項檢驗時會有氫氣產生,因此檢驗時千萬不可抽菸,以免發生爆炸起火的危險。

十二、電池使用誤區 :

汽車蓄電池使用壽命的長短,不僅取決於蓄電池的結構和質量,而且與運用和維護密切相關。一般汽車蓄電池的使用壽命在2年左右,如果保養得當,可達到3—4年。車主對蓄電池的維護保養上還存在許多誤區,導致蓄電池的早期損壞,應引起我們重視。

  誤區一:在使用免維護蓄電池時,簡單地認為免維護就是無須任何維護。

  誤區二:蓄電池極樁接線柱外表有腐蝕物不需處理,只要不鬆動就可以了。外表出現了腐蝕物,接線柱內表面也會出現腐蝕現象,導致電阻值增大,影響蓄電池的正常充電和放電,必須及時處理。

  誤區三:在液面低時,補充電解液或加引用純淨水,而不是需要的蒸餾水。如果加含硫酸的電解液,回使蓄電池內部電解液濃度增大,可能出現沸騰、酸霧等現象,嚴重影響蓄電池的使用壽命;用飲用純淨水代替蒸餾水使用,純淨水中含有多種微量 素元,對蓄電池有不良影響。

  誤區四:電解液的密度不進行檢查和調整,特別是冬季來臨時,造成蓄電池容量不足,甚至造成電解液結冰的現象。

  誤區五:冬季使用蓄電池啟動時,不間斷地使用啟動機,導致蓄電池因過度放電而損壞。

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