关于蓄电池原理、功用、发展趋势的论文

铅酸蓄电池的工作原理1、铅酸蓄电池电动势的产生铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质--氢氧化铅（Pb(OH)4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb4）留在正极板上，故正极板上缺少电子。铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，变成铅离子（Pb2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，如右图所示，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。2、铅酸蓄电池放电过程的电化反应铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反应。负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板的铅离子（Pb4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb2），，与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（O-2）与电解液中的氢离子（H）反应，生成稳定物质水。电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。在正极板上产生如下的化学反应PbO2＋2H+＋H2SO4＝2H2O＋PbSO4负的离子（SO24-2)）向负极板移动，在负极板上发生的化学反应为：Pb2＋SO24-2)＝PbSO43、铅酸蓄电池充电过程的电化反应充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于外电源不断从正极吸取电子，则正极板附近游离的二价铅离子（Pb2）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb4），并与水继续反应，最终在正极极板上生成二氧化铅（PbO2）。在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于负极不断从外电源获得电子，则负极板附近游离的二价铅离子（Pb2）被中和为铅（Pb），并以绒状铅附着在负极板上。电解液中，正极不断产生游离的氢离子（H）和硫酸根离子（SO4-2），负极不断产生硫酸根离子（SO4-2），在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。在负极板上发生的化学反应为：PbSO4＋2H+＝Pb2＋H2SO4与正极板发生的化学反应为：PbSO4＋2H2O＋SO4-2－＝PbO2＋2H2SO4总反应:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O(向右反应是放电,向左反应是充电)（二）蓄电池的功用当发动机正常工作时，用电系统所需电能主要由发电机供给，蓄电池的功用有：(1)起动发动机：当起动发动机时，向起动系统和点火系统供电。(2)备用供电：当发动机低速运转、发电机不发电或电压较低时，向交流发电机磁场绕组、点火系统以及其他用电设备供电。(3)存储电能：当发动机中高速运转、发电机正常供电时，将发电机剩余电能转换为化学能储存起来。(4)协同供电：当发电机过载时，协助发电机向用电系统供电。(5)稳定电源电压、保护电子设备：蓄电池相当于一只大容量电容器，不仅能够保持车辆电系的电压稳定，而且还能吸收电路中出现的瞬时过电压，防止损坏电子设备。在上述功用中，由环境需求和能源限制而引发的竞争，使汽车不得不面临较大的变化。提高安全性、舒适性以及降低燃耗将是汽车业发展的重点，汽车蓄电池将向着高功率、轻量化、小型化方向发展。中国汽车产业的高速发展给蓄电池行业带来了空前的机遇。汽车动力需求量大幅增长，汽车蓄电池的产量年均递增达到18%左右。其中，车用铅酸蓄电池大约占整个铅酸蓄电池用量的80%。（三）蓄电池未来的发展趋势我国过去10年电池总产量平均增长远高于欧、美、德等发达国家，其中汽车型蓄电池增长8.33%。汽车业巨头在国内纷纷投资建厂的同时，国外蓄电池生产商，如：江森控制公司、艾诺斯等著名企业也都已进入我国进行生产活动。蓄电池为汽车而改变。目前我国在汽车领域的电池处于国际水平。以风帆、骆驼、统一和万里为代表的汽车用蓄电池企业产量稳步增长，起动用蓄电池产量分别达到了544万、196万、230万和52万kVAh。随着人们对汽车的安全性和乘坐舒适性要求越来越高，各种汽车电器应运而生，使汽车蓄电池除了提供传统意义上的起动、点火、照明（SLI）功能外，还成为各种车辆负载的电源（SLIPA）。传统的12伏电源的功率已经不能满足汽车电器逐渐增加的要求，而采用36伏电源系统为汽车电器提供了较大的发展空间。未来的汽车用车辆负载将持续增长，从过去较小负载额外增加50—100瓦，且负载功率需求大大提高。汽车用电器增加，发动机舱内的温度更高，要求蓄电池在高温条件下仍然有很长的寿命、更低的损耗。未来技术三大趋势。未来铅酸蓄电池的开发目标之一是生产免维护电化学系统。目前还只有阀控式铅酸蓄电池能满足这个要求。阀控式蓄电池大大减少了维护或者是完全免维护，因此它比富液式蓄电池便宜。在循环寿命和比能量输出方面，阀控式铅酸蓄电池性能比富液式铅酸蓄电池差10%—15%。需要提高阀控式蓄电池的上述性能，使其接近富液式铅酸蓄电池。铅酸蓄电池发展的第二个重要趋势是提高输出功率。一般采用包铅的铜扩展式板栅替代负极铅板栅而实现。另外一个发展较快的设计趋势是采用卷绕式箔片极板的高功率蓄电池。例如：美国EXIDE公司开发了汽车起动用卷绕式VRLA电池。西班牙EXIDE公司开发了高能Orbital密封阀控铅酸蓄电池等。作为提高铅酸电池比功率和比能量的最终目标，更高级的改进技术是双极式极板蓄电池。铅酸蓄电池技术第三个重要趋势是提高铅酸蓄电池可靠性。蓄电池的可靠性不仅取决于生产技术，也取决于充电方法。制定适用于各种类型蓄电池的充电方法，提高其循环寿命，是蓄电池技术发展的另一个重要趋势。由环境需求和能源限制而引发的竞争，使汽车不得不面临较大的变化。提高安全性、舒适性以及降低燃耗将是汽车业发展的重点，汽车蓄电池将向着高功率、轻量化、小型化方向发展。同时，进一步强调其免维护性能，研究适宜的新技术、新工艺，完善阀控电池性能，降低阀控蓄电池对温度的敏感性，以保持铅酸蓄电池在化学电源中的主导地位，应对新的汽车技术的挑战。未来汽车蓄电池的发展趋势