蓄电池的工作原理
1.电动势的建立
蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产生的。其反应过程见图1-8所示
负极板:铅溶于电解液中,失电子生成Pb2+
Pb-2e→Pb2+
电子留在负极板上,和Pb2+吸引,使负极具有负电位,为-0。 1V。
正极板:PbO2溶于电解液
PbO2+2H2O→Pb(OH)4
Pb(OH)4→Pb4+ + 4OH-
OH-留在电解液中,Pb4+ 沉附在正极表面,使正极板有+2。 0V
在外电路未接通时,反应达到动态平衡时,静止电动势为:
E=2。0-(-0。1)=2。1V
2.放电过程
将...全部
1.电动势的建立
蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产生的。其反应过程见图1-8所示
负极板:铅溶于电解液中,失电子生成Pb2+
Pb-2e→Pb2+
电子留在负极板上,和Pb2+吸引,使负极具有负电位,为-0。
1V。
正极板:PbO2溶于电解液
PbO2+2H2O→Pb(OH)4
Pb(OH)4→Pb4+ + 4OH-
OH-留在电解液中,Pb4+ 沉附在正极表面,使正极板有+2。
0V
在外电路未接通时,反应达到动态平衡时,静止电动势为:
E=2。0-(-0。1)=2。1V
2.放电过程
将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。
化学反应过程将按图1-9所示
正极板:Pb4++2e→Pb2+ Pb2++SO42-→PbSO4
负极板:Pb-2e→Pb2+ Pb2++SO42-→PbSO4
电解液:H++OH-→H2O
蓄电池放电特征
(1)活性物质PbO2和Pb均逐渐变为 PbSO4。
(2)放电过程中,电解液密度下降,所以,可通过电解液密度判断放电程度 。
(3)蓄电池内阻逐渐增大。
3.充电过程
将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电过程,它是放电反应的逆过程。
化学反应过程见图1-10所示:
PbSO4→Pb2++SO42- H20→2H++OH-
正极板:Pb2+-2e→Pb4+ Pb4++4OH- → Pb(OH)4 → PbO2+2H2O
负极板:Pb2+ +2e→Pb
电解液:2H++SO42-→ H2SO4
充电末期,PbSO4基本还原为PbO2和Pb,部分充电电流电解水,其反应方程式为:
H2SO4 → 2H++SO42-
负极: 4H++4e→2H2↑
正极: 2H2SO4+2H2O-4e → 2H2SO4+O2↑
总反应式:2H2O→2H2↑+O2↑
二、工作特性
蓄电池的工作特性包括:静止电动势、内阻、充电特性和放电特性
1.静止电动势ES
蓄电池处于静止状态时,正负极板之间的电位差(即开路电压)称为静止电动势。
在密度为1。05~1。30g/cm3范围内
ES=0。85+ρ25°C(V)
其中,ρ25°C(V)为25°C时电解液的相对密度ρ25°C=ρT+0。0007(T-25)
汽车用蓄电池的电解液密度一般在1。
12-1。30g/cm3之间,因此ES=1。97~2。15(V)
2.内阻
电流流过蓄电池时所受到的阻力称为蓄电池的内阻。
蓄电池的内阻包括以下几部分:
(1)极板内阻 很小,随活性物质的变化而变化,充电时变小,放电时变大。
(2)隔板内阻 与材料有关
(3)电解液内阻 温度升高,内阻下降;内阻与密度关系密度见图1-11。
(4)联条内阻 很小,为定值
3.放电特性
恒流放电过程中,蓄电池的端电压Uf 和电解液密度ρ25℃ 随时间tf而变化的规律。
恒流放电特性曲线图1-12 。
ρ25℃按直线规律下降。恒流放电,电流值一定,化学反应速度一定,单位时间消耗的硫酸量一定。
Uf 变化规律:Uf =E-If Ri
(1)开始放电阶段
端电压由2。
14V迅速下降至2。1V
极板孔隙内硫酸迅速消耗,电解液密度迅速下降,浓差极化增大,端电压迅速下降。
(2)相对稳定阶段
端电压由缓慢下降至1。85V
极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡,孔内外电解液密度一起缓慢下降,所以端电压缓慢下降。
(3)迅速下降阶段
端电压由1。85V迅速下降至1。75V。
放电接近终了时,电化学极化、浓差极化、欧姆极化显著增大,端电压迅速下降。
蓄电池放电终了的特征
(1)单个电压降到放电终止电压(单池终止电压和放电电流有关)
(2)电解液密度降到最小终止值
4.充电特性
在恒流充电过程中,蓄电池的端电压UC 和电解液密度ρ25℃ 随时间tC而变化的规律。
恒流充电特性曲线见图1-13。
ρ25℃按直线规律上升。恒流放电,电流值一定,化学反应速度一定,单位时间生成的硫酸量一定。
UC 变化规律:UC = E + IC Ri
(1)充电开始阶段
端电压迅速上升。
开始充电时,孔隙内迅速生成硫酸,浓差极化增大,端电压迅速上升。
(2)稳定上升阶段
端电压缓慢上升至2。4V左右。
孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散,当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时,端电压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升。
(3)充电末期
电压迅速上升到2。7V左右,且稳定不变,电解液呈沸腾状态。
活性物质还原反应结束后的充电称为过充电,充电电流用于电解水,应避免长时间过充电。
(4)充电停止后,端电压逐渐下降至静止电动势。
蓄电池充电终了的特征
(1)端电压和电解液密度上升到最大值(2。7V),且在2h小时内不上升。
(2)电解液中剧烈冒汽泡,呈沸腾现象。(电解水)
方程式:
。收起