微型铅酸电池的制造及其充放电性能研究.docx
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微型铅酸电池的制造及其充放电性能研究
微型铅酸电池的制造及其充放电性能研究
朱宏伟,胡小波,陈钢,梁元媛,邓礼
(中山大学化学与化学工程学院01级化工专业)
指导老师:
方北龙副教授
摘要:
本文主要介绍微型铅酸电池的制造过程及参数,同时研究了微型铅蓄电池的充放电性能及电池容量。
关键词:
微型铅酸电池;充电;放电
ManufacturingofMiniLeadAcidBatteryandItsChargeandDischargeProperties
ZhuHongwei,HuXiaobo,ChenGang,LiangYuanyuan,DengLi
(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SunYat-senUniversity,Guangzhou510275,China)
Abstract:
Inthispaper,theprocessandparametersformanufacturingofminileadacidbatterywere
provided,anditscharge and discharge properties were investigated.
Keywords:
Minileadacidbattery,charge,discharge
一前言
(一)铅酸电池的发展情况:
化学电源是把化学能转变为低压直流电能的装置。
对化学电源的要求首先是可靠性要高,铅酸蓄电池正具有此优点,它不仅具有放电电压十分稳定,还具有价格低,可充性能好等特定,由此铅酸电池是长期以来应用最广泛的二次电池。
铅蓄电池的发展已经有一百多年的历史了,早在1859年法国工程师普兰特就发明了铅蓄,他用两片铅条,中间隔以橡皮,卷成螺旋形做电极,浸在10%硫酸溶液中,它可以反复充电和放电,这就是世界上第一个铅酸蓄电池。
后来经过不断的研究、改进,以及直流发电机的发明与应用,促进了铅蓄电池的发展。
1880年Fure用铅的氧化物和硫酸水溶液混合制成膏剂,涂在铅板上,这种电极不需要很长的化成时间,简化了生产,节约了电能,但也存在缺点,即活性物质易从铅板上脱落。
1881年Swan提出的栅形极板,1882年Sellon提出用铅锑合金做板栅等都在防止活性物质脱落上有不同程度的改进。
20世纪中为了解决正极使用期短的缺点,又出现了管状电极,此电极不但可以很好的防止活性物质的脱落,也大大延长了蓄电池的循环寿命。
目前,铅蓄电池大量应用于三个方面:
一是汽车启动用铅蓄电池,作为汽车启动时点火及照明用电源;二是固定型铅蓄电池,多用于发电厂、变电所的开关操作电源和公共设施的备用电源及通讯用电源;三是车用蓄电池,多用于码头、车站、工厂的搬运叉车的动力源。
此外,铅蓄电池还广泛用于铁路、矿井、拖拉机、飞机、坦克、潜艇等作为照明、应急或动力源。
铅酸电池的制造已经是比较成熟的工艺,然在微型电池的研究方面还有待发展。
微型电池的携带方便和在小功率的电器上特定的应用将大大开拓铅酸电池应用领域。
本文研究了微型铅酸电池的制造方法并对其充放电性能进行了研究。
(二)铅酸电池工作原理
铅酸电池即铅-二氧化铅电池,其中负极活性物质为海绵状的铅,正极活性物质为二氧化铅,电解液为硫酸的水溶液。
电池表达式为:
(-)Pb(s)|H2SO4(a)|PbO2(s)(+)
铅酸蓄电池两级的电极反应和电池反应如下:
负极:
正极:
电池反应:
从上述反应可知,当铅酸电池放电时两个电极的放电产物都是难溶的硫酸铅,这个理论称为双极硫酸化理论。
蓄电池的容量是指在允许充、放电范围内,蓄电池能够积蓄并能重新放出电量的能力。
通常用充电充足后的蓄电池连续放电直至端电压到放电结束时(一般指单格电压降为1.70V),放电电流和放电时间的乘积表示。
其单位为安时。
Q=It
(三)铅酸电池制造工艺
涂板所用铅膏是由铅粉(PbO和Pb)加入硫酸水溶液及添加剂(添加剂常用于负极)经搅拌制成的。
铅膏中含有大量的三碱式硫酸铅。
淋酸是将一定密度的硫酸溶液喷淋到涂好膏的极板上,使表面生成一层PbSO4,防止极板表面出现裂纹。
固化过程可以增强极板的硬度和机械强度;将铅膏中残余的铅继续氧化;形成碱式硫酸铅;增加活性物质与筋条的结合力。
化成工序实质上是对电极板上的铅膏进行活化,使他们转变为活性物质。
二实验部分
(一)、仪器和试剂
1、硫酸(A.R)广州市化学试剂厂
2、铅粉广州蓄电池企业有限公司
3、板栅广州蓄电池企业有限公司
4、ZF-3恒电位仪
5、YP-2B型精密稳流电源南京大学应用物理研究所
6、数学万用表深圳华仪试验与测量仪表公司
(二)、实验步骤
1、生极板的制作——和膏及涂板:
a、配酸
配置比重为分别为1.06、1.28和1.45的硫酸溶液备用。
b、和膏
先添加部分水将铅粉和成膏状,然后在搅拌的条件下慢慢加入硫酸溶液(比重为1.45),为保证铅膏的质量,一般正极铅膏的视密度控制在3.97~4.03g/cm3,负极铅膏视密度控制在4.27~4.39g/cm3。
在负极和膏时,加入一些活性炭作为添加剂。
c、涂板
将静止40分钟后的铅膏均匀低涂在栅板上,压紧,然后将极板浸入硫酸溶液(比重为1.06)中若干秒。
2、熟板的制成
a、固化
采取室温下72小时自然晾干。
b、化成及充电性能曲线制作
将正负极板放在装有比重为1.06硫酸溶液的烧杯中,用精密稳流电源以340mA恒定电流(小样品)充电化成,同时用恒电位仪跟踪显示化成过程中正负极电位变化,此过程大概需要12小时。
极板化成完全与否可以通过以下参数来判断:
从极板颜色变化来判断,化成完全时正极板由原来的灰白色变成黑褐色,负极板由原来的灰白色变成铅灰色;从槽电压来判断,槽电压2.7伏以上且恒定数小时不变。
将刚化成完的电极用蒸馏水冲洗干净,再将负极板浸入饱和硼酸溶液中10分钟,取出,晾干。
3、放电实验
在1A的稳定电流下,测定电池电位差随时间的变化趋势。
(三)、实验数据处理
1、充电曲线
图1化成槽电压随时间变化曲线
图2化成正极电位随时间变化曲线
图3化成负极电位随时间变化曲线
图4化成正负极电位随时间变化曲线
2、放电曲线
图5在1A恒流下电池电压随时间变化曲线
3、电镜图片
图6化成前正极板内部淡黄色物质
图7化成前正极板内部白色物质
图8化成后正极板内部活性物质
图9化成后负极板内部活性物质
(四)结论
由实验结果可以看出,我们制作的微型铅酸蓄电池放电电压比较稳定,即使在高电流值放电情况下亦能保持较好的稳定性,电池容量也很高。
参考文献:
1、敖建平,孙国忠.微型铅酸电池的研制.南昌航空工业学院学报.1994,(4):
27-32
2、史鹏飞,铅酸蓄电池(四).电池.1994,24
(1):
42-43
3、史鹏飞,铅酸蓄电池(五).电池.1994,24
(2):
89-90
4、史鹏飞,铅酸蓄电池(六).电池.1994,24(3):
137-138
5、宋文顺,化学电源工艺学.中国轻工业出版社,1998
致谢:
本实验能够成功的完成,除了本实验小组的共同努力外,方北龙老师给予了我们很大的帮助,在此表示衷心的感谢。
另外还要感谢中山大学开放实验基金对本课题的大力资助。
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- 关 键 词:
- 微型 电池 制造 及其 放电 性能 研究
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