1、 关于蓄电池的研究 我们研究的内容是化学蓄电池，主要从工作原理和改进方法方面来研究，本文将介绍其工作原理和改进方法。其中有些是我们收集到的资料，有些是我们的猜想和结论。我们还会举一些例子来说明，最后总结我们的观点。序言蓄电池又称可充电电池即可将化学能转变为电能作为供电电源也可将电能转变为化学能使蓄电池充电。蓄电池有酸性与碱性之分，铅蓄电池是酸性电池，应用最为广泛。它的电解液由浓硫酸和蒸镏水配制而成。镉、镍、铁、镍蓄电池是碱性蓄电池，它们的电解液都采用氢氧化钾溶液，工作电压比铅蓄电池更平稳 ，放电电流更大，机械强度更高 ，体积更小，使用寿命更长，缺点是造价略高。镉、镍蓄电池适用于小型电子仪器仪表
2、 、通信设备。也适用于飞机 、人造卫星、自动控制等有关系统作直流电源。铁、镍蓄电池通常都制成较大容量，适用范围类似铅蓄电池。另一种碱性蓄电池是锌、银蓄电池、电解液也是氢氧化钾溶液，具有体积小 、重量轻、容量大的特点。同样体积(或重量)的蓄电池比其他类型的蓄电池可多贮存10倍电能，可进行大电流放电，由于电极需用银制成，因此造价较贵！锌、银蓄电池广泛用作小型移动通信设备、电子仪器仪表、人造卫星、飞机及照相机的闪光灯等的直流电源。但我们小组还是发现了一些问题，例如：许多蓄电池放电时都伴随电压不稳定，还有许多电池使用周期太短，放电时间太短等缺点。正文化学蓄电池其实就是利用了原电池原理，发生自发的氧化还
3、原反应，而它的充电过程则是它的逆反应。 （这里我们通过实验已经证明了这一点，自己制作了原电池。 ）以铅酸蓄电池为例：铅酸蓄电池正极活性物质是二氧化铅，负极活性物质是海绵铅，电解液是稀硫酸溶液， 其放电化学反应为二氧化铅、海绵铅与电解液反应生成硫酸铅和水，Pb（负极）+PbO2（正极）+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（放电反应)其充电化学反应为硫酸铅和水转化为二氧化铅、海绵铅与稀硫酸。2PbSO4+2H2O=Pb（负极）+PbO2（正极）+2H2SO4 (充电反应) 铅酸蓄电池单格额定电压为.0V，一般串联为V、V 用于汽车、摩托车启动照明使用，单替电池一般串联为、或用于不同场合。电池内正
4、、负极板间采用电阻极低、杂质少成分稳定离子能通过的橡胶、或隔板。 铅 蓄 电 池而蓄电池也有很多缺点，比如它受外界影响较大，尤其是温度。我们想在这方面改进，还是以铅酸蓄电池为例：一、 温度对铅酸蓄电池寿命的影响在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/ 电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降，电极的反应率也下降，假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反，即电池输出功率会上升，温度也影响电解液的传送速度温度上升则加快，传送温度下降，传送减慢，电池充放电性能也会受到影响。但温度太高，超过 45，
5、会破坏电池内的化学平衡，导致副反应。下面具体说明：铅酸蓄电池受温度影响较大，按阿里纽斯原理，在大于 40，温度升高 10 度，寿命降低一倍，寿命终止的主要原因是：（一）硫酸电解液干涸；（二）热失控；（三）内部短路等。 （一）硫酸电解液干涸： 硫酸电解液作为参加化学反应的电解质，在铅酸蓄电池中是容量的主要控制因素之一。酸液干涸将造成电池容量降低，甚至失效。造成电池干涸失效这一因素是铅酸电池所特有的。酸液干涸的原因：（1）气体再化合的效率偏低，析氢析氧、水蒸发；（2）从电池壳体内部向外渗水；（3）控制阀设计不当；（4）充电设备与电池电压不匹配，电池电压过高、发热、失水、干涸而失效。 铅酸蓄电池受到
6、上述（1）（2）（3）（4）四种因素的影响，其中（2）（3）（4）三种因素引起的失水速度随环境温度的上升而加快，从而加速了铅酸蓄电池以干涸方式失效。酸液干涸是影响铅酸蓄电池寿命的致命因素，蓄电池不适于在 35以上高温条件下使用。 （二）热失控： 蓄电池在充放电过程中一般都产生热量。充电时正极产生的氧到达负极，与负极的绒面铅反应时会产生大量的热，如不及时导走就会使蓄电池温度升高。蓄电池若在高温环境下工作，其内部积累的热量就难以散发出去，就可能导致蓄电池产生过热、水损失加剧，内阻增大，更加发热，产生恶性循环，逐步发展为热失控，最终导致蓄电池失效。 铅酸蓄电池由于采用了贫液式紧装配设计，隔板中保持着
7、 10%的孔隙酸液不能进入，因而电池内部的导热性极差，热容量极小。铅酸蓄电池之所以在高温环境下易发生热失控，是由于安全阀排出的气体量太少，难以带走电池内部积累的热量。热失控的巨热将使蓄电池壳体发生严重变形、胀裂、蓄电池彻底失效。 （三）内部短路：由于隔膜物质的降解老化穿孔，活性物质的脱落膨胀使两极连接，或充电过程中生成枝晶穿透隔膜等引起内部短路。深放电之后的蓄电池，其吸附式隔板易出现铅绒或弥散型沉淀，或形成枝晶，导致正负极板微短路。 由于铅酸蓄电池的负极冗余设计，充电的初、中期充电效率比正极板充电效率高，所以在正极板析氧之前，负极已生成足够的绒面铅，用于使氧进行再化合。在制作蓄电池过程中，以负
8、极活性物质的量作为控制因素，可以减缓电池性能的恶化。 综上所述，高温对蓄电池失水干涸、热失控、正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用，低温会引起负极钝化失效，温度波动会加速铅酸蓄电池内部短路等等。这些都将影响电池寿命。 为此我们通过查找相关资料和猜想，提出了一些方案。（一）采用特殊的非液非胶电解质，提高装配压力（正极板表面的压力），装配压力 2560Kp，抑制正极板活性物质的软化脱落。设计合理的控制阀，增加氧气复合，减少失水，提高电池寿命。（二）采用特殊的板栅结构（正负板栅质量比 1：0.75）、工艺手段及材料配方，有机和无机添加剂。形成微孔结构的板栅，增大了电极与电解质的反应界面，降低接触电阻，
9、减小了电极的极化，大幅度提高电极的活性物质利用率、提高了充电效率，增大电池放电和输出功率，有效的成倍延长电池寿命，全面提高电池性能。 （三）正极板栅采用 Pb-Ca-Sn-Al-Sb-Zn-Cd 其中的组合多元合金，负极板栅采用铅钙锡铝高氢过电位材料板栅和涂膏成型的电极板，容量大、寿命长。铅锡多元合金集流排，内阻小，耐腐蚀，可经受长期浮充使用，分析纯极电解质，自放电小。 （四）采用低阻多孔 PE 隔板，极板设计要给电池壳中留出富液空间，酸液不外溢、不污染环境、不腐蚀设备机件，可以顺利进行气体阴极吸收。提高极群组的压力，紧装配，可以延长蓄电池寿命。（五）电池壳盖采用迷宫式特殊设计的透气阀，和特殊
10、的添加剂，减少了水份的散失。 （六）采用适当的添加剂，有利于保持负极的正常充电状态，避免负极硫化并减小负极自放电。所以在保持负极正常充电状态的同时，也降低了正极极化电位，从而降低了正极板栅的腐蚀速度，利于延长寿命。 但我们条件有限，有些实验无法做，所以很多是根据资料上的说法，加上自己对蓄电池的观察。不过除了这些改造内部结构的方法，我们也有自己的设想。例如改进材料使用新型材料。根据我们所了解的知识，一般能自发发生氧化还原反应并且反应可逆就可以制成蓄电池。如现有的碱性蓄电池。这里有图文说明：4、 碱 性 蓄 电 池这 类 电 池 一 般 寿 命 比 铅 酸 蓄 电 池 长 很 多 ， 且 拾 携
11、带 很 方 便 。Ni-Cd电 池 ： Cd+ 2NiO(OH)2+ 2H2O = 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2Ni-Fe电 池 ： Fe + 2NiO(OH)2+ 2H2O = 2Ni(OH)2+ Fe(OH)2我们认为这也是克服了铅酸蓄电池缺点的一种方法，而且应用很广泛。 另外还有一些实验中的材料，我们设想锌和氧气反应制成蓄电池。通过查找资料，这是可行的。总结我们通过这次研究得出了一些结论，了解了蓄电池的工作原理和改进方法。还以铅酸蓄电池为例，找出其缺点，特别在温度对它寿命的影响方面提出了一点改进方案。主要是采用其它电解液，改进内部结构，采用新材料。但我们没有严格地对其加以实验证明，而且没用对其使用价值分析，这是我们的不足之处。以后还需继续努力。
