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汽车蓄电池
汽车蓄电池
摘要
随着科技的发展进步,电池泛指能产生电能的小型装置。
电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。
利用电池作为能量来源,可以得到具有稳定电压。
稳定电流,长时间稳定供电,电池结构简单,种类也多,充放电操作简单易行,不受外界气候和温度的影响,性能稳定性可靠,修复方法也其多,在社会生活中的各方面发挥有很大的功用。
关键词:
结构、种类、修复。
前言
电池作为一个新兴行业,电池的种类也其多所以这许多人对它不了解,也有许多人对它一知半解,甚至误解。
比如有人说:
起动机电池是免维护密封电池,既然是免维护就是不可维护,就是一次性电池,失效的电池是不可能修复的;还有一些生产和销售蓄电池修复仪的商家,在网站上和广告中宣称:
使用他们的电池修复设备,99%以上失效的起动机电池都能修复好,甚至夸下海口保用三年到五年以上,我们通过多年的修复实践和理论研究,认为以上两种说法都是没有根据的,都是错误的。
其实蓄电池和人一样,都摆脱不了“生、老、病、死”这个生命周期。
我们说失效的电池可以修复,是有一定的适用范围的:
对于极板活性物质脱落的电池(电解液颜色呈墨黑浑浊状)、严重短路的电池一般是不能修复的;而对那些由于失水、欠充电、放置过久等原因产生硫化的甚至产生不可逆转硫化的电池,90%以上基本可以得到有效修复;对于那些有枝晶短路的电池,对于那些过桥和引出端子断裂而形成开路的电池,对于一些破损、极耳断损的电池,对于那些单格落后出现反极等失效的电池,也可以使用本文讲述的五种方法进行修复,并且修复效果也是非常明显的。
本课题的主要讲述内容是电池的修复,讲述电池的组成、工作原理、种类、功用
,以及常见的电池修复方法。
介绍了电池的种类基本知识:
并讲解电池的工作原理的试验。
。
1.电池的组成
1.1电池由以下11部分组成:
(1)干电池:
负极是锌做的圆筒,内有氧化铵作为电解质,少量氧化锌、惰性填料及水调成的糊状电解质,正极是四周裹以掺有二氧化锰的糊状电解质的一根碳棒。
电极反应是:
负极处锌原子成为锌离(Zn++),释放电子,正极处铵离子(NH4+)得到电子而成为氨气与氢气。
用二氧花锰驱除氢气以消除极化。
电动势约为1.5伏;
(2)铅蓄电池:
其极板是用铅合金制成的隔栅,电解液为稀硫酸。
两极板均覆盖有硫酸铅。
但充电后,正极处极板上硫酸铅转变成二氧化铅,负极处硫酸铅转变成金属铅。
放电时,则发生反方向的化学反应。
(3)铅晶电池:
铅晶蓄电池应用的是专有技术,所采用的高导硅酸盐电解质是传统铅酸电池电解质的复杂性改型,无酸雾内化成工艺是定型工艺的革新。
(4)铁镍蓄电池:
也叫爱迪生电池。
铅蓄电池一种酸性蓄电池,与之不同,铁镍蓄电池的是碱性的氢氧化钾溶液,是一种碱性蓄电池。
其正极为氧化镍,负极为铁。
电动势约为1.3~1.4伏。
其优点是轻便、受命长,易保养,缺点是效率不高。
;
(5)镍镉蓄电池:
正极为氢氧化镍,负极为镉,电解液是氢氧化钾溶液;
(6)银锌蓄电池:
正极为氧化银,负极为锌,电解液为氢氧化钾溶液。
;
(7)燃料电池:
燃料电池由燃料、氧化剂、电极和电解液等四部分构成。
(8)太阳电池:
把太阳光的能量转变为电能的装置。
(9)核电池:
把核能转换成电能的装置的核发电装置(目前的核发电装置是利用核变能量使蒸汽受热以推动发电机发电,还不能将核裂变的过程中释放的核能直接转换电能)。
(10)碱性电池:
碱性电池是最成功的高容量干电池,也是目前最具性能价格比的电池之一。
碱性电池是以二氧化锰为正极,锌为负极,氢氧化钾为电解液。
(11)锂电池:
以锂为负电池。
按所用电解质不同分为:
①高温熔融盐锂电池;②有机电解质锂电池;③无机非水电解质锂电池;④固体锂电池,电解质锂电池;⑤锂水电池。
锂电池的优点是单体电池电压高,比能量大,储存寿命长,高低温性能好,可在40~150度使用。
2.电池的种类
2.1电池的种类
1一次电池:
用完即丢,无法重复使用者。
碳锌电池、碱性电池、糊式锌锰电池、纸板锌锰电池、碱性锌锰电池、扣式电池(扣式锌银电池、扣式锂锰电池、扣式锌锰电池)、锌空气电池、一次锂锰电池等、水银电池。
按使用隔离层区分为糊式和板式电池两种,板式又按电解质液不同分C型(铵型)和P型(锌型)纸板电池两种。
传统的糊式锌锰干电池,其正极材料采用活性较低的天然二氧化锰,隔离物是淀粉和面粉的浆糊隔离层,电解液是以H4CL为主的氯化铵、氯化锌水溶液,负极是锌筒,其放电性能一般较差,容量较低,电池使用末期易漏液,但价格便宜。
C型(铵型)纸板电池是在糊式电池的基础上用浆层纸代替了浆糊纸,不但正极填充量提高30%左右,而且用30-70%的高活性锰代替了天然锰,所以容量得以提高,使用范围得以扩大,多用于小电流放电场合,如用于钟表、遥控器、收音机、手电筒等场合。
P型(锌型)纸板电池采用氯化锌为主的电解液,正极材料全部采用高活性的锰粉,如电解锰、活性锰等,其防漏性能远高于糊式和C型电池,多用 于大电流连续放电场合,如用于照相机、闪光订、收录机、剃须刀、电动玩具等。
圆柱型碱性锌锰电池alkaline,又称碱锰电池,俗称碱性电池,是锌锰电池系列中性能最优的品种。
20世纪中期在锌锰电池基础上发展起来的,是锌锰电池的改进型。
电池使用氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)的水溶液做电解质液,采用了与锌锰电池相反的负极结构,负极在内为膏状胶体,用铜钉做集流体,正极在外,活性物质和导电材料压成环状与电池外壳连接,正、负极用专用隔膜隔开制成。
其外壳一般由08F镀镍钢带经冷轧冲压制成,同时兼作正极集流体,电解二氧化锰正极材料压成圆环紧贴在柱体内壁,以保证良好的接触,其负极采用粉状锌粒并制成膏剂,处于电池的中间,其间插入负极集流体(负极一般为铜钉),集流体与负极底部相连,在电池内部,正极间用隔膜(隔离层)隔开,其外部用尼龙或聚丙烯密封圈隔开,同时实现电池的密封,电池外部与一般电池几乎相同。
2二次电池:
可充电重复使用
二次碱性锌锰电池、镍镉充电电池、镍氢充电电池、锂充电电池、铅酸电池、太阳能电池。
铅酸蓄电池可分为:
开口式铅酸蓄电池、全密闭铅酸蓄电池。
镍镉电池
镍氢电池
锂离子电池
铅酸电池
其它
物理电池
太阳电池
微生物电池
聚合物电池
任何一种电池由四个基本部件组成,四个主要部件是两个不同材料的电极、电解质、隔膜和外壳。
3绿色环保电池
指近年来已投入使用和正在研制的一类高性能、无污染电池,包括目前已投入使用的金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池,正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池,及燃料电池、太阳能电池(光伏电池)等。
4铅酸蓄电池
1859年法国普兰特(Plante)发现,由正极板、负极板、电解液、隔板、容器(电池槽)等5个基本部分组成。
用二氧化铅作正极活性物质,铅作负极活性物质,硫酸作电解液,微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板制成的电池。
5镉镍电池和金属氢化物电池
二者均采用氧化镍或氢氧化镍作正极,以氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液作电解质溶液,金属镉或金属氢化物作负极。
金属氢化物电池为20世纪80年代末,利用吸氢合金和释放氢反应的电化学可逆性发明制成,是小型二次电池主导产品。
6锂离子电池
指以金属锂或锂的化合物作活性物质的电池通称锂电池,分为一次锂电池和二次锂电池。
能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极,锂的化合物作正极,混合电解液作电解质液制成的电池。
锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳。
常见的正极材料主要成分为LiCoO2,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。
放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合。
通过锂离子的移动来产生了电流。
化学反应原理虽然很简单,然而在实际的工业生产中,需要考虑的实际问题很多:
正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性,负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子;填充在正负极之间的电解液,除了保持稳定,还需要具有良好导电性,以减小电池内阻。
虽然锂电池几乎没有记忆效应,但是,锂电池在多次充放后容量仍然会下降,其主要原因是正负极材料本身的变化。
从分子层面来看,正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞;从化学角度来看,是正负极材料活性钝化,出现副反应生成稳定的其他化合物。
物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况,总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目。
过度充电和过度放电,将对锂电池的正负极造成永久的损坏,从分子层面看,可以直观的理解,过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷,过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去,而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。
这也是锂电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。
7燃料电池
指一种利用燃料(如氢气或含氢燃料)和氧化剂(如纯氧或空气中的氧)直接连接发电的装置。
它具有效率高、电化学反应转换效率可达40%以上,且无污染气体排出的特点。
释放出来。
这也是锂电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。
2.2电池的工作原理
电池,有两个端子。
一个端子标记为(+)(正极),另一个端子标记为(—)(负极)。
在AA型、C型或D型电池(普通的手电筒电池)中,电池的两端便是端子。
在大型的汽车蓄电池中,有两个教重的极柱用作端子。
电池聚集在电池的负极端子,如果在负极端子和正极端子之间连接一根金属线,电子便会从负极端子迅速流向正极端子。
电池内部的化学反应可生成电子,两个端子之间的流动的电子数量取决于此化学反应生产电子的速度。
电子从电池流入金属线,并且必须从负极端子流向正极端子才会发生化学反应。
这就是电池在闲置一年以后仍具有大量的原因一一除非电子从附近端子流向正极端子,否则将不会发生化学反应。
当连接金属线后,将开始发生化学反应。
下面讲解;
首先,可以使用硬币和纸板自制一个伏电堆,将盐与水混合在一起达到饱和),并将纸板侵入盐水中,然后将一美分硬币和五美分硬币交替堆叠在一起,查看电堆生成的电压和电流读数是多少,改变电堆的层数,并查看它对电压的影响,节日尝试交替堆叠一美分硬币和十美分硬币,并查看结过如何,也可以交替堆叠十美分硬币和五美分的硬币,还可以尝试使用其他的金属包括铝箔和钢,而每个金属组合都会生成略微不同的电压。
另一个可以尝试的试验需要使用婴儿食品罐、稀酸、金属线和钉子,向灌中倒满柠檬汁或醋(稀释)然后将一根钉子和一根铜线放入罐中,使其互不接触。
可以尝试使用镀锌钉和普通的铁钉,然后将伏特与钉子和铜线连接在一起,测量电压和电流。
将柠檬汁换为盐水,并使用其他硬币和金属,可以查看其对应于电压和电流的影响。
可以这制作的最简单的电池或许称作锌碳电池。
通过了解该电池内部发生的化学反应,可以的对电池的基本工作原理有所了解。
假设有一瓶硫酸,将锌棒放入其中后,硫酸会立即将锌棒溶解,随后会看到锌棒上生成了氢气气泡,此时锌棒和硫酸将开始变热。
下面介绍了所发生的化学反应:
1硫酸分子离解为三个离子,两个H+离子和一个SO4离子。
2锌棒表面上的锌原子失去两个电子(Ze-),变为Zn++离子。
3Zn++离子与SO4离子结合生成ZnSO4。
后者溶解于硫酸。
4锌原子失去的电子与硫酸中的氢离子结合生成H2分子(氢气)。
因此我们看到锌棒上产生了氢气泡。
热量已经减少,可以使用流经金属线的电子为电灯泡或相似负载供电,并可以测量金属线的电压和电流,而某些热能已转化为电子移动。
1)电子,流经金属线并与碳棒上的氢结合,因此碳棒上开始产生氢气泡。
2热量已经减少,可以使用流经金属线的电子为电灯泡或相似负载供电,并可以测量金属线的电压和电流,而某些热能已转换为电子移动。
而电子很难移动到碳棒,因为它们更容易与碳棒上的氢结合,该电池将产生0.76伏的特性征电压,最终,锌棒将完全溶解,或硫酸中的氢离子被耗光,从而使电池耗尽。
2.3电池的功用
它的作用:
(1)启动发动机时,给起动机提供强大的起动电流(一般高达200~600A)。
(2)当发电机过载时,可以协助发电机向用电设备供电。
(3)当发动机处于怠速时,向用电设备供电。
(4)蓄电池还是一个大容量电容器,可以保护汽车的用电器相关信息。
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(5)当发电机端电压高于铅蓄电池的电动势时,将一部分电能转变为化学能储存起来,也就是进行充电。
3.电池的修复
3.1电池修复的概述:
电池修复是指通过物理或化学等手段对性能下降或失效的二次电池进行维修的统称。
通过修复能恢复电池的容量,延长电池的使用寿命,提高电池各项性能。
二次电池又称为“充电电池”,是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。
二次电池和其修复介绍
电池修复是指通过物理或化学等于性手段对性能下降或失效的电池进行维修的统称。
通过修复能恢复能恢复电池的容易,延长电池的使用寿命,提高电池各项性能。
电池又称化学电源,是能为电器提供直流电源的装置,化学电源是通过氧化还原的电化学反应,将化学能转化为电能。
一次电池是一次性应用的电池,二次电池是多次反复使用的电池,因此这里的二次电池实际上是多次的意思。
二次电池又称为可充电电池或许电池。
二次电池又成为“充电电池”,是指在放电后通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。
3.2电池的修复方法
水疗法:
对已硫化电池,可以先将电池放电,倒出原电解液并注入密度在1.10g/cm3以下较稀电解液,即向电池中加水稀释电解液,以提高硫酸铅的溶解度。
采用20h率以下的电流,在液温不超过20℃~40℃的范围内较长时间充电,最后在充足电情况下用稍高电解液调整电池内电解液密度至标准溶液浓度,一般硫化现象可解除,容量恢复至80%以上可认为修复成功。
此法机理,用降低酸液密度提高硫酸盐的溶度积,采取小电流长时间充电以降低欧姆极化延缓水分解电压的提早出现,最终使硫化现象在溶解和转化为活性物质中逐渐减轻或消除。
此法特点对于加水蓄电池比较适用,对于硫化严重现象亦可反复处理,无须投资设备即可自行修复,缺点是过程太繁琐对密封电池不太使用。
浅循环大电流充电法:
对已硫化电池,采用大电流5h率以内电流,对电池充电至稍过充状态控制液温不超过40度为宜,然后放电30%,如此反复数次可减轻和消除硫化现象。
此法机理,用过充电析出气体对极板表面轻微硫化盐冲刷,使其脱附溶解并转化为活性物质。
此法特点,对于轻微硫化可明显修复。
但对老电池不适用,因为在析出气体冲刷硫酸盐的同时也对正极板的活性物产生强烈冲刷,使活性物质变软甚至脱落。
纳米碳溶胶电池活化剂修复:
小铜匠纳米碳溶胶电池活化剂:
纳米碳溶胶是纳米碳材料的一种类型。
纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。
在电场的作用下,活化剂的活性成份能固化极板;崩解不可逆硫酸盐结晶;均匀地吸附在极板表面形成保护膜,防止极板活性物质脱落和极板硫化、极化、铅枝晶化的形成;激活电池的活性物质;降低电池内阻,增进电池电化学反应。
此类修复液对电池的修复效果较好,修复后的电池能用12个月以上
脉冲电池修复仪修复:
对于硫化电池,可用一些专用的脉冲修复仪对电池充放电数次来消除硫化。
此法机理,从固体物理上来讲,任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。
一旦绝缘层被击穿,就会由绝缘状态转变为导电状态。
如果对电导差阻值大的硫酸盐层施加瞬间的高电压,就可以击穿大的硫酸铅结晶。
如果这个高电压足够短,并且进行限流,在打穿硫化层的情形下,控制充电电流适当,就不会引起电池析气。
电池析气量取决于电池的端电压以及充电电流的大小,如果脉冲宽度足够短,占空比够大,就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下,同时发生的微充电来不及形成析气,如果含有负脉冲去极化,就更能保证在击穿硫酸盐层时极板的气体析出,这样就实现了脉冲消除硫化。
此法特点,市场上的脉冲修复充电器参差不齐,很多脉冲充电器甚至是专用修复仪的脉宽比、占空比、负脉冲设计得并不合理不能到去硫化的作用。
铅酸电池化学方法修复
已硫化电池,加入电池修复液,采取正常充放电几次,然后倒出纯水加入稍高密度酸液调整电池内酸液至标准液浓度,容量恢复至80%以上可认为修复成功。
此法机理,加入的这些硫酸盐配位掺杂剂,可与很多金属离子,包括硫化盐形成配位化合物。
形成的化合物在酸性介质中是不稳定的,不导电的硫化层将逐步溶解返回到溶液中,使极板硫化脱附溶解。
无机盐电池修复液:
是碱金属与碱土金属的硫酸盐、磷酸、硫酸钴、硫酸镉、硫酸亚锡、硫酸铜、硫酸锌、硫酸镍、硫酸铝等,这些碱金属与碱土金属离子置换硫酸铅结晶中的铅离子,使电解液中铅离子浓度增加,参加电化学反应的活性物质增加,电池的容量提高得到修复。
但这类修复液对电瓶会造成自放电,碱金属与碱土金属离子会点蚀电池极板造成电瓶损坏。
此类修复液只对电池极板硫化有作用,对极板软化脱落无效。
修复后的电池能用2-3个月。
3.3电池的化学反应原理
锂金属电池
锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
最早出现的锂电池使用以下反应:
Li+MnO2=LiMnO2,该反应为氧化还原反应,放电。
正极上发生的反应为 LiCoO2=充电=Li2-xCoO2+Xli++Xe(电子);
负极上发生的反应为6C+XLi++Xe====LixC6;
电池总反应:
LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6
结论
本章介绍了电池的组成和电池的干电池、铅蓄电池、铅晶电池、铁镍蓄电池、银锌蓄电池、燃料电池、太阳电池、核电池、碱性电池、锂电池的组成;以及电池的工作原理和电源的使用方法及电池修复的方法。
通过以上对电池的阐述。
我们可以对本文章总结出。
电池的修复方法有5种。
:
(1)水疗法;
(2)浅循环大电流充电法;(3)纳米碳溶胶电池活化剂修复;(4)脉冲电池修复仪修复;(5)铅酸电池化学方法修复。
致谢
在本次论文设计过程中,在张力老师对该论文从选题,构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。
在学习中,张力老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及诲人不倦的师者风范是我终生学习的楷模,导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神,将永远激励着我。
在三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。
在此,谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!
最后,我要向百忙之中抽出时间对本文进行审阅,评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。
参考文献
[1]《二次电池的原理与制造技术》,马松艳,赵东江编著,哈尔滨;黑龙江教育出版社,2006
[2]《高温固体氧化物燃料电池;原理、应用》韩敏芳,北京:
科学出版社,2007
[3]《燃料电池》,王林山,李英编著。
--2版。
北京,冶金工业出版社,2005
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