鉛酸蓄電池

定義：電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。 英文名稱：Lead-acid battery 。放電狀態下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；充電狀態下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。分為排氣式蓄電池和免維護鉛酸電池。

電池主要由管式正極板、負極板、電解液、隔板、電池槽、電池蓋、極柱、注液蓋等組成。排氣式蓄電池的電極是由鉛和鉛的氧化物構成，電解液是硫酸的水溶液。主要優點是電壓穩定、價格便宜；缺點是比能低（即每公斤蓄電池存儲的電能）、使用壽命短和日常維護頻繁。老式普通蓄電池一般壽命在2年左右，而且需定期檢查電解液的高度并添加蒸餾水。不過隨著科技的發展，鉛酸蓄電池的壽命變得更長而且維護也更簡單了。

鉛酸蓄電池最明顯的特征是其頂部有可擰開的塑料密封蓋，上面還有通氣孔。這些注液蓋是用來加注純水、檢查電解液和排放氣體之用。按照理論上說，鉛酸蓄電池需要在每次保養時檢查電解液的密度和液面高度，如果有缺少需添加蒸餾水。但隨著蓄電池制造技術的升級，鉛酸蓄電池發展為鉛酸免維護蓄電池和膠體免維護電池，鉛酸蓄電池使用中無需添加電解液或蒸餾水。主要是利用正極產生氧氣可在負極吸收達到氧循環，可防止水分減少。鉛酸水電池大多應用在牽引車、三輪車、汽車起動等，而免維護鉛酸蓄電池應用范圍更廣，包括不間斷電源、電動車動力、電動自行車電池等。鉛酸蓄電池根據應用需要分為恒流放電（如 不間斷電源）和瞬間放電（如 汽車啟動電池）。

鉛酸蓄電池工作原理?

鉛酸蓄電池的充、放電是由正極板上的活性物質二氧化鉛（PbO2）和負極板上的活性物質海綿狀的純鉛（Pb）與電解液中的硫酸（H2SO4）發生化學反應來完成的。?

（一）電動勢的建立?

當正、負極板浸入電解液后，在單格蓄電池的正負極柱間產生電動勢。在正極板處，少量PbO2溶入電解液，與水（H2O）生成Pb（OH）4，再分解成四價鉛離子（Pb4+）和氫氧根離子（OH－）。即：?

PbO2＋2H2O→Pb（OH）4????????????Pb（OH）4?Pb4+＋4OH－Pb4+

沉附于極板的表面，OH－留在電解液中，使正極板相對于電解液具有正電位。當達到平衡時，約為＋2.0V。?

在負極板處金屬鉛受到兩方面的作用，一方面它有溶解于電解液的傾向，因而有少量鉛進入溶解，生成二價鉛離子（Pb2＋），在極板上留下兩個電子（2e），使極板帶負電；另一方面，由于正、負電荷的吸引，Pb2＋有沉附于極板表面的傾向。當兩者達到平衡時，溶解便停止，負極板相對于電解液具有負電位，約為－0.1V。?

因此，在外電路未接通，反應達到相對平衡狀態時，蓄電池的電動勢為：?

2.0－（－0.1）＝2.1V?

這是單格蓄電池正負極間的電動勢，對于6個單格串聯而成的一塊蓄電池，則其電動勢為2.1×6＝12.6V。?

（二）放電過程?

將蓄電池的化學能轉換為電能的過程稱為放電過程，如圖4-2a所示。

蓄電池接上負載，在電動勢的作用下，電流從正極經過負載流向負極（即電子從負極流向正極），使正極電位降低，負極電位升高，破壞了原有的平衡。?

電解液中H2SO4的電離過程為：H2SO4?2H＋＋SO24－在正極板處，Pb4+與電子結合變成Pb2＋，Pb2＋與電解液中的硫酸根離子（SO24－）結合生成PbSO4沉附于極板上，即：Pb4+＋2e→Pb2＋；Pb2＋＋SO24－→PbSO4。?在負極板處，Pb2＋與電解液中的SO24－結合也生成PbSO4沉附于負極板上，而極板上的金屬鉛繼續溶解，生成Pb2＋和電子，即：Pb－2e→Pb2＋；Pb2＋＋SO24－→PbSO4。?在電解液中，H－和OH－結合生成水，即：4H－＋4OH－→2H2O。?

如果電路不中斷，上述的化學反應繼續進行，使正極板上的PbO2和負極板上的Pb都逐漸轉變為PbSO4，電解液中的H2SO4含量逐漸減少而水含量增多，故電解液的相對密度下降。同時因PbSO4的導電性比PbO2和Pb差，隨其含量的逐漸增加其內阻增大，使供電能力下降。?

蓄電池在放電過程中總的化學反應方程式為：PbO2＋2H2SO4＋Pb＝2PbSO4＋2H2O?

充電過程?

將電能轉換成蓄電池的化學能的過程稱為充電過程，如圖4-2c所示。充電時，蓄電池應接直流電源，蓄電池的正極接電源正極，蓄電池負極接到電源負極。?

當電源電壓高于蓄電池的電動勢時，在電場力作用下，電流從蓄電池的正極流入，負極流出（即驅使電子從正極經外電路流入負極）。這時在正負極發生的化學反應正好與放電過程相反。?在電場力的作用下，正、負極板上的硫酸鉛和電解液中的水均發生電離。即：?

PbSO4?Pb2＋＋SO24－；H2O?H－＋OH－

在正極板處，Pb2＋失去兩個電子2e變成Pb4＋，與電解液中的OH－結合生成Pb（OH）4。它又分解為PbO2和H2O，PbO2附著在正極板上，即：?

Pb2＋－2e→Pb4+；Pb4+＋4OH－→Pb（OH）4；Pb（OH）4?PbO2＋H2O。?

在負極板處，Pb2＋在電場力的作用下獲得兩個電子2e變成金屬鉛，并附著在負極板上。即：Pb2＋＋2e→Pb。?在電解液中，H－和SO24－結合生成PbSO4，即：2H－＋SO24－→H2SO4。?

可見，在充電過程中，正、負極板上的PbSO4將逐漸恢復為PbO2和Pb，電解液中的硫酸含量逐漸增多，水含量逐漸減少。當PbSO4已基本還原成PbO2和Pb時，充電電流主要用來電解水，即2H2O→2H2↑＋O2↑，使正極冒出氧氣（O2），負極冒出氫氣（H2）。充電電流越大，則冒氣越多，極易使極板上的活性物質脫落。故在充電末期，充電電流以小為宜。?

蓄電池充電和放電過程是可逆的電化學反應過程，內部導電靠離子運動實現。如略去中間的化學反應過程可用下式表示：?