第五讲 铅-酸电池.ppt

第五讲 铅酸蓄电池 概述 电化学原理 二氧化铅电极 铅电极 合金板栅 隔板 概述 铅蓄电池是一种蓄电池，它用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用22～28％的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。汽车上用的是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。铅蓄电池在使用一段时间后要补充硫酸，使电解质保持含有22～28％的稀硫酸。 概述 1859年由Plante(普兰特)发明； 价格低，原料易得，使用可靠，可大电流放电； 单体蓄电池由正极板，负极板，硫酸，隔板，槽（壳体）和盖组成，通常将单体电池串联成电池组。 按用途分：启动用，蓄电池车用，轿车摩托车用，航空潜艇用； 按极板结构分：涂膏式，管式，形成式； 按电解液和充电维护情况分：干放式，干荷式，带液充电式, 湿荷电式，免维护少维护式； 电化学原理 铅酸蓄电池的特点 电极反应可逆 只采用一种电解质 放电生成难溶于水的固体产物 电池反应 铅酸蓄电池的电化学表达式： (-)Pb|H2SO4|PbO2(+) 负极反应： Pb + HSO4- - 2e PbSO4 + H+ 正极反应： PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e PbSO4 + 2H2O 电池反应： Pb + PbO2 + 2H+ + 2HSO4- 2PbSO4 + 2H2O 电化学原理 参加电极反应的离子是HSO4ˉ，而不是SO42ˉ离子，这与H2SO4是分两级电离及两级电离的电离常数相差太大有关，在25℃时， H2SO4 H+ + HSO4ˉ K1 = 1×103 HSO4ˉ H+ + SO42ˉ K2 = 1.2×10-2 由于KlK2，故H2SO4在电离后主要是以H+和HSO4ˉ离子的形式存在，即在铅蓄电池应用的硫酸浓度范围内，可以把H2SO4看成是1-1型的电解质，故参加反应的是HSO4ˉ离子。 电化学原理 双极硫酸盐化 当铅蓄电池放电时，两个电极的放电产物都是生成难溶的硫酸铅，所以这个理论称为双极硫酸盐化理论。 同时，电池放电时要消耗硫酸而生成水，所以放电后电池中电液的相对密度要降低，当放电后充电时，过程与上述正相反，负极的硫酸铅生成海绵状的铅，正极的硫酸铅生成二氧化铅，电液中消耗水而生成硫酸，电液的相对密度增加。因此，可以通过测量电液的相对密度变化来了解铅蓄电池的充电和放电的程度。 电化学原理 电极电位与电池的电动势 二氧化铅电极 二氧化铅电极 PbO2有a和b两种晶型。 a-PbO2为斜方晶型（铌铁矿型），铅被固定在八面体中心，周围被6个氧原子围绕。 b-PbO2属正方晶系（金红石型）。 a-PbO2和b-PbO2可相互转化。 PbO2具有n型半导体性质， a-PbO2的电阻率为10-3Ω·cm， b-PbO2的为10-4Ω·cm。 PbO2晶体的导电性与O2-空格浓度和自由电子浓度有关。由于电子迁移较快，PbO2主要靠电子导电。 二氧化铅电极 PbO2放电过程： PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e PbSO4 + 2H2O 一般b-PbO2的电化学活性比a-PbO2的高，放电容量为a-PbO2的1.5~3倍。这是因为a-PbO2结晶粗，晶体尺寸约为1x10-6m， b-PbO2结晶细，晶体尺寸约为a-PbO2的一半，即b-PbO2的真实表面积比a -PbO2大。 a-PbO2与PbSO4同为斜方晶系，所以a-PbO2放电生成的PbSO4层较为致密，而b-PbO2与PbSO4晶系不同，它放电生成的PbSO4层较为疏松。 在充放电过程中， a-PbO2与b-PbO2可相互转化，一般主要发生a-PbO2向b-PbO2的转化。 二氧化铅电极 a-PbO2 PbSO4 b-PbO2 在新制备的正极中b-PbO2含