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汽车上用的铅酸蓄电池“铅”和“酸”是如何反

时间:2019-10-19 03:17 点击:

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  汽车上使用的蓄电池都是铅酸蓄电池,是一种将化学能转换成电能的装置,是可逆的低压直流电源。它的作用是在发动机起动时,向起动机、点火系统等主要用电设备供电,以及在发电机电力不足时协助供电,同时还可以吸收电路中瞬间的过电压,以保护用电设备。根据结构的不同,大致可以分为普通型蓄电池、免维护蓄电池、干荷电蓄电池以及胶体蓄电池,总体结构都是由极板、电解液、隔板和壳体这几大部分构成的。

  铅酸蓄电池中的“铅酸”是指蓄电池中极板和电解液的材料。其中的“铅”是指极板的材料,极板又分为正极板和负极板,在正极板上是二氧化铅,在负极板上是纯铅;所谓的“酸”是指电解液的材料,它是由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成的硫酸水溶液(密度为1.24~1.31克/立方厘米),具有一定的腐蚀性。电解液的密度对蓄电池的容量和寿命有很大的影响,一般密度越高,蓄电池的充电量越足,冰点也越低,在寒冷的冬季也不会结冰;如果电解液的密度很低时,蓄电池的电量基本就放光了,此时的电瓶在寒冷的地区有结冰的危险。

  蓄电池的工作过程就是这些“铅酸”相互转换的过程。在静止状态下,在正极板处,二氧化铅与硫酸作用生成带正电荷的铅离子沉浮在正极板上,使正极板具有2V的正电位;在负极板处,纯铅电离为铅离子和电子,两个电子留在负极板上,使负极板具有约-0.1V的负电位;这样在正负极之间就形成了大约2.1V的电位差,这就是铅酸蓄电池能够建立起电动势的原理。

  蓄电池在放电时,硫酸与正负极板上的铅和二氧化铅发生化学反应,生成了硫酸铅和水,在这个过程中有大量的电子从负极板流向正极板,从而形成了放电电流;由于电解液中水分的增加,电解液的密度是逐渐下降的,放电越多,电解液的密度越低;随着反应的进行,极板上的硫酸铅越来越多,反应的速度越来越慢,放电也就越来越少了;当极板上大部分被硫酸铅覆盖的时候,反应基本就终止了,这时候就是所说的“电放没了”,电解液的密度也下降到了最低。

  蓄电池在充电时,在外界电源的作用下,极板上的硫酸铅还原成了纯铅和二氧化铅,电解液中的水还原成硫酸,同时有大量的电子从正极板返回负极板,从而形成了充电电流;随着充电的进行,电解液中的硫酸越来越多,电解液的密度是逐渐增加的,充电越足,电解液的密度越高;但是当极板上的硫酸铅全部转化完后,电解液的密度也达到了最高,此时如果继续充电,这些电就会电解水了,生成了氢气和氧气,这就是充电过程中蓄电池里面会“冒泡”的原因。

  所以,铅酸蓄电池的充放电过程,其实就是蓄电池中硫酸与纯铅和二氧化铅的化学反应过程,在这个过程中会伴随着电解液密度的变化。因此检验电解液的密度就可以大致判断出蓄电池的充电状态,并且利用这个原理制作出了蓄电池电量指示器。

  早期的蓄电池是开放式的,在每一个单格电池上都有一个通气孔,因此会有一部分电解液从这个孔中挥发出去,另外充电过程中产生的氢气和氧气也从这个孔中逸出,因此电解液会越来越少,使用中需要定期添加并调整电解液的密度。后来人们研制出了免维护蓄电池,这种蓄电池的特点是采用了安全通气孔,在通气室中设置了氧化铝过滤器和钯催化剂,阻止内部硫酸蒸气的排出,减少了腐蚀作用,并使化学反应中产生的氢离子和氧离子再结合,生成水返回电解液中,从而减少了水份的消耗。免维护蓄电池的使用寿命较长,使用过程中不需要添加电解液,自行放电少,不需要补充充电,因此在轿车上得到广泛应用,并将逐渐取代现有的普通铅酸蓄电池。

  这种铅酸电瓶最怕两件事:低温和过度放电。实践证明,当环境温度每升高1°C的时候,电池的容量也会相应的增加0.8%;反之,当环境温度降低1°C的时候,电池的容量也会对应的减少0.8%!当气温低至-10°C时,电瓶的容量只有正常值的72%;当温度低至-20°C时,电瓶的容量只有正常值的64%;另外,汽车电瓶都是浅充浅放的铅酸电瓶,过度放电是对电瓶的极大伤害。数据表明,当电瓶的电量完全放掉然后再充电,最多只能充到原来容量的80%。所以,我们在日常使用中一定要避免这两种情况的发生,比如不要频繁的启动发动机,不要停车后大量使用电瓶的电能,等等。