铅酸蓄电池课件.ppt

铅酸蓄电池展望 2010.5.6 简介 一、铅酸蓄电池的发展历史 二、铅酸蓄电池的结构，特点，研究方向，原理 三、铅酸蓄电池性能改进 铅酸蓄电池的发展历史 蓄电池是1859年由普兰特(Plante)发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。 到20世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：①充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；②气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境，限制了电池的应用。近二十年来，为了解决以上的两个问题，世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池，希望实现电池的密封，获得干净的绿色能源。 60年代，美国Gates公司发明铅钙合金，引起了密封铅酸蓄电池开发热，世界各大电池公司投入大量人力物力进行开发。 1975年，GatesRutter公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下，获得了一项D型密封铅酸干电池的发明专利，成为今天VRLA的电池原型。 1979年，GNB公司在购买Gates公司的专利后，又发明了MFX正板栅专利合金，开始大规模宣传并生产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。 1984年，VRLA电池在美国和欧洲得到小范围应用。 我国VRLA蓄电池的开发始于1985年，采用自主研发与技术引进消化相结合，目前少数企业生产的密封式铅酸电池已经接近或达到了国际先进水平。 近年来，世界各国对铅酸电池的研究持续进行，研究重点包括板栅的材料与结构设计、板栅与活性物质的界面现象与早期容量损失、充放电制度、添加剂以及计算机模拟等方面。 阀控式铅酸蓄电池的基本结构 铅酸蓄电池的特点 优点： 电池的工作电压高； 高倍率放电性能良好； 工作温度范围宽（-40℃---+60℃）； 能重复使用，没有记忆效应； 可制成小至1Ah大至几千Ah的各种尺寸电池； 价格低廉，原料易得； 使用安全，可靠。 不足：重量比能量低（与电池极板集流体和活性物质中铅的使用量大，以及电极活性物质利用率低都有着直接的关系） 循环寿命短（与引起电池失效的各种因素有关） 解决思路：电池材料，电池新结构，电池的制造工艺 铅酸蓄电池的主要研究方向 （1）机理研究 注重借助更新的研究手段，如激光拉曼光谱、原子力显微镜、光电化学、XRD、XPS和TEM等，研究铅酸电池的反应机理，并采用各种不同的建模手段，建立各种模型，模拟铅酸电池以及正极和负极的充放电反应过程。 （2）电池材料 ①新型集流体材料，包括新的板栅合金和新结构板栅，在寻求轻质、 耐腐蚀、高电导、大比表面材料代替铅合金板栅集流体方面的研究引入注目； ②新型隔板材料； ③电解质、正、负极活性物质添加剂，包括各种膨胀剂、导电剂等， 研究的主要目的是提高活性物质利用率。 （3）电池结构 ①胶体电池能够减少充电时电解质中水的损失； ②卷绕式电池在一定程度上提高了电池的体积比能量； ③双极性电池显示出良好的性能，己成为人们研究的热点之一。 （4）电池的性能和制造工艺 不完全荷电状态下的充放电性能，充电接受能力和充电模式，以及化成和固化等制造工艺也是当前研究的热点之一。 铅酸电池的工作原理 铅酸蓄电池由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。 铅酸蓄电池充、放电化学反应的原理方程式如下： 正极： PbO2 + 2e + SO4 2- + 4H+ == PbSO4 + 2H2O 负极：　　 Pb -2e + SO4 2- == PbSO4 总反应： 　 PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O 在正常使用情况下，铅蓄电池不宜放电过度，否则将使和活性物质混在一起的细小硫酸铅晶体结成较大的体，这不仅增加了极板的电阻，而且在充电时很难使它再还原，直接影响电池的容量和寿命。 铅酸电池用于EV / HEV 的优势 不同电池技术达到80-100km需要的价格 现在为了将铅酸电池适用于混合动力车上，必须要求铅酸蓄电池有足够的功率输出和高的充放电效率，所以电池要在高倍率部分荷电态状态（HRPSoC）下工作。而放电倍率越高，对电池产生的影响就是多次循环后负极严重硫酸