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汽車上用的鉛酸蓄電池,“鉛”和“酸”是如何反應(yīng)產(chǎn)生電能的?

汽車上使用的蓄電池都是鉛酸蓄電池,是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置,是可逆的低壓直流電源。它的作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),向起動(dòng)機(jī)、點(diǎn)火系統(tǒng)等主要用電設(shè)備供電,以及在發(fā)電機(jī)電力不足時(shí)協(xié)助供電,同時(shí)還可以吸收電路中瞬間的過電壓,以保護(hù)用電設(shè)備。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同,大致可以分為普通型蓄電池、免維護(hù)蓄電池、干荷電蓄電池以及膠體蓄電池,總體結(jié)構(gòu)都是由極板、電解液、隔板和殼體這幾大部分構(gòu)成的。

鉛酸蓄電池中的“鉛酸”是指蓄電池中極板和電解液的材料。其中的“鉛”是指極板的材料,極板又分為正極板和負(fù)極板,在正極板上是二氧化鉛,在負(fù)極板上是純鉛;所謂的“酸”是指電解液的材料,它是由純硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成的硫酸水溶液(密度為1.24~1.31克/立方厘米),具有一定的腐蝕性。電解液的密度對蓄電池的容量和壽命有很大的影響,一般密度越高,蓄電池的充電量越足,冰點(diǎn)也越低,在寒冷的冬季也不會結(jié)冰;如果電解液的密度很低時(shí),蓄電池的電量基本就放光了,此時(shí)的電瓶在寒冷的地區(qū)有結(jié)冰的危險(xiǎn)。

蓄電池的工作過程就是這些“鉛酸”相互轉(zhuǎn)換的過程。在靜止?fàn)顟B(tài)下,在正極板處,二氧化鉛與硫酸作用生成帶正電荷的鉛離子沉浮在正極板上,使正極板具有2V的正電位;在負(fù)極板處,純鉛電離為鉛離子和電子,兩個(gè)電子留在負(fù)極板上,使負(fù)極板具有約-0.1V的負(fù)電位;這樣在正負(fù)極之間就形成了大約2.1V的電位差,這就是鉛酸蓄電池能夠建立起電動(dòng)勢的原理。

那么蓄電池在工作過程中,“鉛酸”又是怎樣轉(zhuǎn)換的呢?

蓄電池在放電時(shí),硫酸與正負(fù)極板上的鉛和二氧化鉛發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成了硫酸鉛和水,在這個(gè)過程中有大量的電子從負(fù)極板流向正極板,從而形成了放電電流;由于電解液中水分的增加,電解液的密度是逐漸下降的,放電越多,電解液的密度越低;隨著反應(yīng)的進(jìn)行,極板上的硫酸鉛越來越多,反應(yīng)的速度越來越慢,放電也就越來越少了;當(dāng)極板上大部分被硫酸鉛覆蓋的時(shí)候,反應(yīng)基本就終止了,這時(shí)候就是所說的“電放沒了”,電解液的密度也下降到了最低。

蓄電池在充電時(shí),在外界電源的作用下,極板上的硫酸鉛還原成了純鉛和二氧化鉛,電解液中的水還原成硫酸,同時(shí)有大量的電子從正極板返回負(fù)極板,從而形成了充電電流;隨著充電的進(jìn)行,電解液中的硫酸越來越多,電解液的密度是逐漸增加的,充電越足,電解液的密度越高;但是當(dāng)極板上的硫酸鉛全部轉(zhuǎn)化完后,電解液的密度也達(dá)到了最高,此時(shí)如果繼續(xù)充電,這些電就會電解水了,生成了氫氣和氧氣,這就是充電過程中蓄電池里面會“冒泡”的原因。

所以,鉛酸蓄電池的充放電過程,其實(shí)就是蓄電池中硫酸與純鉛和二氧化鉛的化學(xué)反應(yīng)過程,在這個(gè)過程中會伴隨著電解液密度的變化。因此檢驗(yàn)電解液的密度就可以大致判斷出蓄電池的充電狀態(tài),并且利用這個(gè)原理制作出了蓄電池電量指示器。

早期的蓄電池是開放式的,在每一個(gè)單格電池上都有一個(gè)通氣孔,因此會有一部分電解液從這個(gè)孔中揮發(fā)出去,另外充電過程中產(chǎn)生的氫氣和氧氣也從這個(gè)孔中逸出,因此電解液會越來越少,使用中需要定期添加并調(diào)整電解液的密度。后來人們研制出了免維護(hù)蓄電池,這種蓄電池的特點(diǎn)是采用了安全通氣孔,在通氣室中設(shè)置了氧化鋁過濾器和鈀催化劑,阻止內(nèi)部硫酸蒸氣的排出,減少了腐蝕作用,并使化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的氫離子和氧離子再結(jié)合,生成水返回電解液中,從而減少了水份的消耗。免維護(hù)蓄電池的使用壽命較長,使用過程中不需要添加電解液,自行放電少,不需要補(bǔ)充充電,因此在轎車上得到廣泛應(yīng)用,并將逐漸取代現(xiàn)有的普通鉛酸蓄電池。

這種鉛酸電瓶最怕兩件事:低溫和過度放電。實(shí)踐證明,當(dāng)環(huán)境溫度每升高1°C的時(shí)候,電池的容量也會相應(yīng)的增加0.8%;反之,當(dāng)環(huán)境溫度降低1°C的時(shí)候,電池的容量也會對應(yīng)的減少0.8%!當(dāng)氣溫低至-10°C時(shí),電瓶的容量只有正常值的72%;當(dāng)溫度低至-20°C時(shí),電瓶的容量只有正常值的64%;另外,汽車電瓶都是淺充淺放的鉛酸電瓶,過度放電是對電瓶的極大傷害。數(shù)據(jù)表明,當(dāng)電瓶的電量完全放掉然后再充電,最多只能充到原來容量的80%。所以,我們在日常使用中一定要避免這兩種情況的發(fā)生,比如不要頻繁的啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),不要停車后大量使用電瓶的電能,等等。

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報(bào)。

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