鉛酸蓄電池充電原理

2021-02-23 洲際電池圈

簡介　　

　　所謂蓄電池即是貯存化學能量，於必要時放出電能的一種電氣化學設備。

　　構成鉛酸蓄電池之主要部分如下：

　　正極板(過氧化鉛.PbO2)---> 活性物質

　　負極板(海綿狀鉛.Pb) ---> 活性物質

　　電解液(稀硫酸) ---> 硫酸H2SO4 + 水 H2O (約37%)

　　電池外殼

　　隔離板

　　其它(液口栓.蓋子等)

原理與動作

　　鉛蓄電池內的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產生2V的電力，這是根據鉛蓄電池原理，經由充放電，則陰陽極及電解液即會發生如下的變化：

　　(陽極) (電解液) (陰極)

　　PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放電反應)

　　(過氧化鉛) (硫酸) (海綿狀鉛)

　　(陽極) (電解液) (陰極)

　　PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應)

　　(硫酸鉛) (水) (硫酸鉛)

　　1. 放電中的化學變化

　　蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質產生反應,生成新化合物『硫酸鉛』。經由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘餘電量。

　　2. 充電中的化學變化

　　由於放電時在陽極板，陰極板上所產生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸,鉛及過氧化鉛,因此電池內電解液的濃度逐漸增加, 亦即電解液之比重上升，並逐漸回復到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質已還原到可以再度供電的狀態，當兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質時，即等於充電結束，而陰極板就產生氫，陽極板則產生氧，充電到最後階段時，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會減少，此時應以純水補充之。

蓄電池的構造

　　電動車用蓄電池,必須具備以下條件:

　　◎ 高性能

　　◎ 耐震.耐衝擊

　　◎ 壽命長

　　◎ 保養容易

　　由於玻璃纖維管式鉛蓄電池是累積多次實驗結果而製成，故具有多項優點。

　　1.極板

　　根據蓄電池容量選擇適當規格極板及數量組合而成。於充放電時,兩極活性物質隨著體積的變化而反覆膨脹與收縮。兩極活性物質中，陰極板之海綿狀鉛的結合力較強，而陽極板之過氧化鉛的結合力弱，因而在充放電之際，會徐徐脫落，此即為鉛蓄電池壽命受到限制的原因。期使蓄電池使用期限延長，能耐震並耐衝擊，則陽極板的改良即成當急要務。

　　玻璃纖維管式的陽極板: 此乃以玻璃纖維制的軟管接在鉛合金制的櫛狀格子(蕊金)上，在軟管和蕊金間充填鉛粉之後，將軟管密封，使其發生變化，產生活性化物質，由於活性化物質不會脫落，與電解液接觸亦良好,是一種非常好的極板材料。使用具有這種極板的蓄電池是電動車唯一的選擇。編織式軟管乃以9microm(μ)的玻璃纖維編成管袋狀，彈性好，可耐膨脹或收縮，而且對電解液的滲透度也非常良好，此軟管乃是最佳產品，長久以來，實用績效良好。

　　糊狀式極板: 就是將稀硫酸煉製之糊狀鉛粉塗覆在鉛合金制的格子上，俟其 乾燥後所形成之活性物質。這種方式一直被採用在鉛蓄電池的陰極板上，同時亦使用在汽車，小貨車的蓄電池陽極板上。

　　2.隔離板

　　能防止陰、陽極板間產生短路，但不會妨礙兩極間離子的流通。而且經長時間使用，也不會劣化，或釋放雜質。鉛蓄電池一般都使用膠質隔離板。

　　3.電池外殼

　　耐酸性強，兼具機械性強度。電動車用的蓄電池外殼乃使用材質強韌之合成樹脂經特殊處理製成，其機械性強度特別強，上蓋亦使用相同材質，以熱熔接著。

　　4.電解液

　　電解液比重以20℃的值為標準，電動車用的蓄電池完全充電時之電解液標準比重為1.280。

　　5.液口栓

　　液口栓的功能為排出充電時所產生的氣體及補充純水，測定比重。

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