鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

鉛酸蓄電池是1859年由普蘭特(plante)發(fā)明的，至今已有一百五十年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學(xué)電源中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢。這是因?yàn)槠湓牧弦子讷@得，價(jià)格低廉，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。

到20世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性能。然而，開口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是充電末期水會(huì)分解為氫，氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護(hù)工作繁重；二是氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐蝕周圍設(shè)備，并污染環(huán)境，限制了電池的應(yīng)用。近二十年來，為了解決以上的兩個(gè)問題，世界各國競相開發(fā)密封鉛酸蓄電池，希望實(shí)現(xiàn)電池的密封，獲得干凈的綠色能源。

1912年ThomasEdison發(fā)表專利，提出在單體電池的上部空間使用鉑絲，在有電流通過時(shí)，鉑被加熱，成為氫、氧化合的催化劑，使析出的H2與O2重新化合，返回電解液中。但該專利未能付諸實(shí)現(xiàn)：主要原因有如下三點(diǎn)，一是鉑催化劑很快失效；二是氣體不是按氫2氧1的化學(xué)計(jì)量數(shù)析出，電池內(nèi)部仍有氣體存在；三是存在爆炸的危險(xiǎn)。20世紀(jì)60年代，世界各大電池公司投入大量人力物力進(jìn)行開發(fā)。1969年，美國登月計(jì)劃實(shí)施，密封閥控鉛酸蓄電池和鎘鎳電池被列入月球車用動(dòng)力電源，最后鎘鎳電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得到迅速發(fā)展。

鉛酸電池的工作原理

鉛酸電池是一種使用最廣泛的蓄電池，它以海綿狀的鉛作為負(fù)極，二氧化鉛作為正極，用硫酸水溶液作為電解液，它們共同參與電池的電化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)原理如下：

pbO2+2H++2HSO4-+pb→2pbSO4+2H2O

從反應(yīng)原理可以看到，在放電時(shí)，正負(fù)極材料都與電解液中的硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛，正常情況下，所生成的硫酸鉛結(jié)構(gòu)疏松，并且其晶體非常細(xì)小，電化學(xué)活性很高，這種活性很高的硫酸鉛在充電時(shí)可以在電流作用下重新生成正極的二氧化鉛和負(fù)極的海綿狀鉛。通過這種穩(wěn)定的可逆過程，電池實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)存電能和釋放電能的作用。

放電時(shí)生成硫酸鉛的過程亦稱為鹽化反應(yīng)、硫化反應(yīng)，這種硫酸鹽生成后的一段時(shí)間內(nèi)活性很強(qiáng)。如果這段時(shí)間內(nèi)未充電，未能及時(shí)轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛和二氧化鉛。隨溫度下降，活性的硫酸鉛會(huì)再結(jié)晶成為顆粒較大的晶體。這種白色粗晶粒硫酸鉛導(dǎo)電性能很差，難溶解，充電時(shí)也不能再很容易地還原成海綿狀鉛和二氧化鉛，形成了不可逆的硫酸鹽化，嚴(yán)重時(shí)，這些結(jié)晶體附著在電極表面，阻擋了電解液與涂層活性物質(zhì)的反應(yīng)，造成內(nèi)阻增大，容量下降，電解液溫度過高，O2、H2溢出而失水，電極柵板變形，活性物質(zhì)脫落，單格電池短路或斷路等惡性循環(huán)發(fā)生。