【技术】一文介绍铅酸蓄电池及其工作原理

铅酸蓄电池是一种常见的蓄电池，具有体积小、重量轻、维护简单、能量密度高等特点，被广泛应用于汽车、UPS电源、太阳能和风能储存系统等场合，与其他蓄电池相比，铅酸蓄电池的能量密度较低，但其建造成本低、性能稳定、容易加工和回收等优势，使得其受到广泛关注和应用，但是生活中还是有很多人不了解铅酸蓄电池，今天格瑞普电池就带大家来一起了解一下什么是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池的工作原理是怎么样的?

图 1

铅酸蓄电池是什么?

蓄电池是我们生活中常见的电源之一，而铅酸蓄电池是其中一种广泛使用的类型。铅酸蓄电池可以利用化学反应将电能转化为化学能存储下来，也可以在化学反应的基础上将化学能转化为电能输出。

1、铅酸蓄电池的组成

铅酸蓄电池由多个正负极以及电解质组成。正极由铅钢网、氧化铅和稳定剂组成，负极由铅钢网、铅和稳定剂组成，电解液由硫酸和去离子水组成。

铅钢网是蓄电池中的主要载体，可以承载大量氧化铅或铅的活性材料。氧化铅是电池正极的主要材料，可以与负极上的铅反应形成电荷平衡。稳定剂可以增加蓄电池寿命，并防止蓄电池内部化学反应速度过快导致蓄电池寿命减短。

2、铅酸蓄电池的工作原理

铅酸蓄电池内的化学反应使得化学能转化为电能，电池可以在发生化学反应时储存电荷或输出电荷。

当铅酸蓄电池充电时，外界电流引发复原反应。在充电时，电流在蓄电池两极之间流动，负极上的铅利用外界电流被氧化成氧化铅，同时，正极的氧化铅再生还原为铅。这种化学反应使得电解液中的硫酸都转化为水以及二氧化硫，从而蓄电池储存电荷。

当需要使用铅酸蓄电池时，外界电路会将电池两端连接，导致电荷在电路中流动。这时，铅在负极可以与硫酸根离子反应生成铅酸根离子和氢离子，同时电池正极的氧化铅和水反应生成氧气，大量的氢离子向电池正极移动并与氧气结合生成水，产生化学能。

3、铅酸蓄电池的优缺点

铅酸蓄电池相对于其他类型的蓄电池来说有着比较显著的优势和缺点。

铅酸蓄电池优点：

首先，铅酸蓄电池的生产成本比较低，较为普及。

其次，铅酸蓄电池的设计简单易于维修，而且具有较为稳定的电压输出，并且寿命较长，一般可以使用2-5年。

铅酸蓄电池缺点：

相对应的，铅酸蓄电池也有一些缺点。首要的弊端是重量较大，体积不小，且需要经常充电，容易出现记忆效应，导致储能能力急剧下降;

其次，铅酸蓄电池使用中还会产生一些有害物质，如铅和硫酸，需要正确处理以防止对环境造成污染。

4、铅酸蓄电池的应用场景

由于铅酸蓄电池价格实惠、充电时间短、使用寿命较长等因素，它在很多领域内都有着广泛的应用。

铅酸蓄电池常用于汽车和其他交通工具的起动、照明和多种精密工具与仪表中的电源应用。此外，铅酸蓄电池还可以用于供电时不间断电源，例如医院、计算机房等安静的场所使用的不间断电源(UPS)等。同时，铅酸蓄电池也可以用于太阳能光伏发电系统、风力发电机和储能设施等领域。

5、铅酸蓄电池的正确充电和保养方式

使用铅酸蓄电池的过程中，需要正确的充电和保养方式以延长使用寿命，有效的节约维护成本。

首先，在充电时，需要使用与电池容量相匹配的充电器，不可直接接到市电上充电，防止充电过度，避免对电池造成损伤。其次，充电时需要按照充电器说明进行操作，并注意观察电池充电状态。

另外，在保养方面，我们需要定期检查蓄电池的状态并进行必要的清洁和电解液的检查和更换，并防止铅酸蓄电池的锈蚀和氧化。定期检查并保养可以延长铅酸蓄电池的使用寿命，减少相关问题的发生。

图 2

铅酸蓄电池的工作原理是什么?

铅酸蓄电池是我们日常生活中常见的电池之一，它广泛应用于汽车、UPS等方面。那么，铅酸蓄电池究竟是如何工作的呢？本文将从化学反应原理、结构组成、充电和放电过程等多个方面进行详细介绍，让读者了解更真切、深入的铅酸蓄电池的工作原理。

1、化学反应原理

铅酸蓄电池通过在导体负极(即负极板)和正极(即正极板)之间储存电荷来工作。这是通过化学反应实现的。

电解液(硫酸)对铅负极上的铅进行还原反应，而二氧化铅正极上的二氧化铅被还原为铅酸。这两个反应都分别产生了一个电子，这些电子会沿着外部电路流动，并最终到达另一个极点。当电池充满电后，它就可以通过连接一个外部电路来释放已储存的电荷。

2、结构组成

铅酸蓄电池的结构包括负极、正极、分隔壳、电解液、电解质和外壳等部分。

负极通常由纯铅板铸成，表面有许多凹槽。而正极也由铜基合金制成，上面贴有一层二氧化铅。

分隔壳是用于隔离负极和正极的部分，通常是用热封聚乙烯薄膜制成的。电解液通常使用浓硫酸，它能够提供离子，以维持负极和正极之间的电位差。电解质可以帮助控制浓度，以维护电池的性能。外壳的主要任务是保护电池内部免受摩擦、振动和其它损坏，通常用塑料或金属注塑成型。

3、充电和放电过程

“充电”和“放电”分别是将电荷从一个极端转移到其他极端的过程。

在充电时，正极的二氧化铅会被还原为铅酸，而负极上的铅则会通过还原反应成为更纯净的金属铅。同时，电解液中的硫酸会被分解，释放出氧气和水。这个反应导致电子从外部电路向正极流动，在正极上形成电磁场，并将负极上的电子带到负极上。随着充电的继续，电势差增加，直到达到极限，电池处于充满状态。

在放电时，反应方向相反。二氧化铅的还原产生氧气，反应方向使电子流回负极，放电期间，这些电子会沿着外部电路回到正极上，同时，电解液中的硫酸会继续冷却，保持电池的性能和稳定性。在这个过程中，电势差的存在使得电池的电才能够被输出。

4、保养和维护

当你开始使用铅酸蓄电池时，确保将电池充满电，并确保始终保持高电荷。一旦保持这样的状态，电池将提供卓越的性能和稳定性。此外，定期检查电池外壳是否存在损坏很重要。如果存在，应及时维护，以确保其很好地承担起作用并保持压力平衡。

此外，定期检查负极和正极，以确保它们仍然表现良好。当电池上的铅质感觉重了或变形时，也是换掉电池的最佳时机。一般建议每6个月至少检查一次电池，这将确保电池的持久性。

5、环保问题

铅酸蓄电池使用有害化学物质，像铅、硫酸等，这些物质存在环境保护隐患。正确的处置将有助于减轻对环境的影响。用户应注意禁止挖掘和烧毁废旧电池。弃用后，用户应咨询专业机构，按规范放置或进行回收，让国家或地区的正规机构处理否则将成为土地、水源等环境的污染源。

如何维护铅酸蓄电池的寿命?

铅酸蓄电池作为一种存在已久的重要能量储存设备，广泛应用于电动车、UPS电源、太阳能电池板等领域。然而对于电池而言，其寿命很大程度上取决于使用及维护方式，科学合理的维护才能延长电池寿命。如果你也想延长铅酸蓄电池的使用寿命，接下来将为您阐述五个重点维护问题，请务必认真阅读!

1、规范充电环节

电池充电是电池正常使用的关键环节之一。铅酸蓄电池充电过程中，经常会出现电解液水分的损失以及极板的硫酸结晶，这些都是造成电池容量下降的原因。因此，正确的充电方式可以帮助维护电池的健康状态，建议在充电过程中控制电池内部温度，避免充电过程中电池温度过高。同时，要注意控制充电时间，避免过度充放电，对电池正常寿命造成损害。

除此之外，还需要注意不要使用快充装置以及要遵循电池使用手册规定的充电方式。电池厂商通常都会提供标准充电器，这些充电器会根据电池的具体情况控制充电电流，确保电池安全使用。

2、确保电池通风

电池在使用过程中会产生一定数量的氢气和氧气，如果电池没有足够的通风，可危害人身安全。因此，铅酸蓄电池在使用时需要保证充分的通风。电池应放置在广阔的地方，远离火源、热源和其他燃烧性物料。同时，如果电池不通风，在长时间使用后将会使得电池内部的氧气向极板积聚，导致电池容量下降，甚至短路从而造成电池损坏。

因此，尽量选择有较好通风的启闭式电池室或安装电力设备房，并随时清理室内积尘及污物，保证通风效果。在充电过程中要保持露天或开窗通风状态，注意避免电池受潮。(为了确保安全，开窗通风可用风机加强排风作用)。

3、控制环境温度

铅酸蓄电池最适宜的使用环境温度范围是在15°C至25°C之间。该温度范围内，电池的性能表现更加稳定，充放电效率更高，寿命也更长。如果使用环境温度过高，将会加速电池容量的衰减，减少电池使用寿命。因此，要尽可能将电池安置在低温、干燥、通风的环境中，以防止电池过早老化。

另外，在寒冷的环境中，电池蓄电容量也会减小，建议在冬季时注意对电池加热。可将电池放置在较为温暖的房间内，并使用降温加热器进行保温。同时还可以采用预充电保温的方式，将电池在正式使用之前充电，使得电池在正式使用时获得更高的容量。

4、保养电池表面

电池表面存在一定量的硫酸结晶，在长时间的使用和充电过程中，这些酸雾会浸渍到电池表面，加速电池内部的锈蚀，导致短路、漏液等故障。因此，若发现电池表面有水滴、酸滴，需立即擦拭干净并完成表面密封。

一般来说，可以使用稀释的碱性溶液，如苏打水和清水的混合物来清洁电池表面，以去除锈蚀物和浮垢。清洗电池表面时要尽量避免让电池接触到酸性物质。同时，应注意电池表面的外壳是否损坏、是否存在漏液、气泡、环裂等现象，发现问题要及时更换、维修。

5、合理存放电池

即便铅酸蓄电池为封闭式结构，其内部还是会产生一定量的自放电现象。因此，在电池存储期间，一定要采取防止过度放电的措施。存储时可以选择放置在低温、干燥、安全通风的地方，避免阳光直射，电池内部存储电量下降所带来的腐蚀和损害。

要注意的是，在电池存放期间需要定期进行激活充电以提高电池自放电速率。具体操作方式是每隔一段时间对电池进行补电充电，使电池在存放期间能够保持一定的电荷状态，也能有效延长电池寿命。

铅酸蓄电池可谓是现代生活必不可少的一个物品，它的标志性特点——大容量、长寿命使其被广泛应用在汽车、UPS等领域。虽然铅酸蓄电池有一定的缺点：比烃性电池重、体积大等，但在目前尚无较好替代品的情况下，它的优势依然明显。在今后的日子里，相信铅酸蓄电池将会不断发展，出现更多应用场景，让我们对其充满期待和信心，作为铅酸蓄电池使用者，我们也应该更加注意使用和充电的方法，如正确接线、避免过度放电、避免短路充电等，这些预防措施对铅酸蓄电池使用寿命有重要影响。