铅酸电池：工作、构造和充电/放电过程

几乎每个便携式和手持设备都包含电池。电池是一种存储设备，用于存储能量以在需要时提供电力。在这个现代电子世界中有不同类型的电池可用，其中铅酸电池通常用于高功率电源。通常铅酸电池体积较大，结构坚硬而沉重，可以存储大量能量，通常用于汽车和逆变器。

即使在与锂离子电池竞争之后，铅酸电池的需求也在与日俱增，因为与锂离子电池相比，它们更便宜且易于处理。根据一些市场研究，印度铅酸电池市场预计在 2018-24 年期间的复合年增长率将超过 9%。因此，它在自动化、汽车和消费电子领域有着巨大的市场需求。尽管大多数电动汽车都配备了锂离子电池，但仍有许多电动两轮车使用铅酸电池为车辆供电。

在之前的教程中我们了解了锂离子电池，在这里我们将了解铅酸电池的工作、构造和应用。我们还将了解铅酸电池的充电/放电额定值、要求和安全性。

铅酸蓄电池的建设

什么是铅酸电池？如果我们打破铅酸电池的名称，我们将得到铅、酸和电池。铅是一种化学元素（符号为 Pb，原子序数为 82）。它是一种柔软且具有延展性的元素。我们知道酸是什么；它在反应时可以提供一个质子或接受一个电子对。因此，由铅和无水铅酸（有时被错误地称为过氧化铅）组成的电池称为铅酸电池。

现在，内部结构是什么？

铅酸电池由以下几部分组成，我们可以在下图中看到：

铅酸电池由极板、隔板和电解质、硬塑料和硬橡胶外壳组成。

在电池中，极板有正极和负极两种。正极是二氧化铅，负极是海绵铅。使用作为绝缘材料的隔板将这两个板隔开。这个整体结构被保存在一个带有电解质的硬塑料外壳中。电解质是水和硫酸。

硬塑料外壳是一个电池。单个电池存储通常为 2.1V。由于这个原因，12V 铅酸电池由 6 节电池组成，通常提供 6 x 2.1V/Cell = 12.6V。

现在，电荷存储容量是多少？

它高度依赖于活性材料（电解质数量）和极板的尺寸。您可能已经看到锂电池的存储容量以 mAh 或毫安小时额定值来描述，但在铅酸电池的情况下，它是安培小时。我们将在后面的部分中对此进行描述。

铅酸电池的工作

铅酸电池的工作与化学有关，了解它非常有趣。铅酸电池的充放电条件涉及到巨大的化学过程。当酸溶解时，稀硫酸H 2 SO 4分子分裂成两部分。它将产生正离子 2H+ 和负离子 SO 4 -。正如我们之前所说，两个电极连接为板，阳极和阴极。阳极捕获负离子，阴极吸引正离子。这种在阳极和 SO 4 - 和阴极中的键合与 2H+ 交换电子，并进一步与 H2O 或水（稀硫酸、硫酸 + 水）反应。

电池有两种化学反应状态，充电和放电。

铅酸电池充电

众所周知，要给电池充电，我们需要提供大于端电压的电压。所以要给12.6V的电池充电，可以加13V。

但是当我们给铅酸电池充电时会发生什么呢？

好吧，我们之前描述的化学反应相同。具体来说，当电池与充电器连接时，硫酸分子分解成两种离子，正离子2H+和负离子SO 4 -。氢气与阴极交换电子变成氢气，氢气与阴极中的PbSO 4反应生成硫酸（H 2 SO 4）和铅（Pb）。另一方面，SO 4 - 与阳极交换电子，成为自由基SO 4。该 SO 4与阳极的 PbSO 4 反应生成过氧化铅 PbO 2和硫酸（H 2 SO 4）。能量通过增加硫酸的重力和增加电池电位来储存。

如上所述，在充电过程中，阳极和阴极会发生以下化学反应。

在阴极

PbSO4 + 2e - => Pb + SO4 2-

在阳极

PbSO4 + 2H2O => PbO2 + SO4 2- + 4H- + 2e-

结合以上两个方程，整体化学反应将是

2PbSO4 + 2H2O => PbO2 + Pb + 2H2SO 4

有多种方法可用于对铅酸电池进行充电。每种方法都可用于特定应用的特定铅酸电池。一些应用使用恒压充电方法，一些应用使用恒定电流方法，而在某些情况下，挠性充电也很有用。通常电池制造商会提供给特定铅酸电池充电的正确方法。恒流充电通常不用于铅酸电池充电。

铅酸电池最常用的充电方法是恒压充电方法，这是一种在充电时间方面有效的方法。在完全充电周期中，充电电压保持恒定，电流随着电池充电水平的增加而逐渐减小。

铅酸电池放电

铅酸电池的放电再次涉及化学反应。硫酸为稀释形式，通常与水和硫酸的比例为 3:1。当负载跨板连接时，硫酸再次分解为正离子 2H+ 和负离子 SO 4。氢离子与 PbO 2反应生成PbO 和水 H 2 O。PbO 开始与 H 2 SO 4反应生成 PbSO 4和 H 2 O。

另一方面，SO 4 - 离子与 Pb 交换电子，产生自由基 SO 4，进而产生与 Pb 反应的 PbSO 4。

如上所述，在放电过程中，阳极和阴极会发生以下化学反应。这些反应与充电反应完全相反：

在阴极

Pb + SO42- => PbSO4 + 2e-

在阳极：

PbO2 + SO42- + 4H- + 2e- => PbSO4 + 2H2O

结合以上两个方程，整体化学反应将是

PbO2 + Pb + 2H2SO4 => 2PbSO4 + 2H2O

由于阳极和阴极之间的电子交换，板间的电子平衡受到影响。然后电子流过负载，电池放电。

在此排放过程中，稀硫酸的比重降低。同时，电池的电位差减小。

风险因素和电气等级

如果不安全维护，铅酸电池是有害的。由于电池在化学过程中会产生氢气，如果不在通风区域使用，则非常危险。此外，不准确的充电会严重损坏电池。

铅酸蓄电池的标准额定值是多少？

每个铅酸电池都提供标准充电电流和放电电流的数据表。通常，适用于汽车应用的 12V 铅酸电池的容量范围为 100Ah 至 350Ah。该额定值被定义为具有 8 小时计时周期的放电额定值。

例如，一个 160Ah 的电池可以为负载提供 20A 的电源电流，持续 8 小时。我们可以汲取更多电流，但不建议这样做。在 8 小时内消耗的电流超过最大放电电流会损害电池的效率，并且还会改变电池的内阻，从而进一步提高电池温度。

另一方面，在充电阶段，我们要注意充电器的极性，要与电池的极性正确连接。反极性对铅酸电池充电是危险的。现成的充电器带有一个充电电压和充电电流表，带有一个控制选项。我们应该提供比电池电压更大的电压来给电池充电。最大充电电流应与 8 小时放电率下的最大供电电流相同。如果我们同样以12V 160Ah为例，那么最大供电电流为20A，那么最大安全充电电流为20A。

我们不应该增加或提供大的充电电流，因为这会导致热量和气体产生增加。

铅酸蓄电池保养规则

1. 浇水是富液铅酸蓄电池最容易被忽视的维护功能。由于过度充电会减少水，我们需要经常检查它。较少的水会在极板中产生氧化并降低电池的使用寿命。需要时添加蒸馏水或离子水。
2. 检查通风口，它们需要用橡皮帽完善，通常橡皮帽与孔太紧。
3. 每次使用后给铅酸电池充电。长时间不充电会在极板中产生硫酸化。
4. 请勿冻结电池或将其充电至超过 49 摄氏度。在寒冷的环境中，电池需要充满电，因为充满电的电池比空电池更安全。
5. 请勿将电池深度放电至每节电池低于 1.7V。
6. 要存储铅酸电池，需要将其完全充电，然后需要排出电解液。然后电池会变干，可以存放很长时间。

目前有不同类型的铅酸电池可用，用途非常的广泛，型号参数可以查看www.mrchip.cn/category/3072。本文由IC先生编辑整理，请勿转载，图片来源网络，如有侵权请联系删。