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电池中的化学反应主要发生在放电和充电过程中,在放电过程中解释如下:
当电池完全放电时,阳极和阴极是PbO 2和Pb。当使用电阻连接它们时,电池放电,电子在充电时具有相反的路径。H 2离子向阳极移动并变成原子。它与PbO 2接触,从而形成白色的PbSO 4 。
同理,硫酸根离子向阴极移动,到达后生成SO 4。它与铅阴极反应生成硫酸铅。
PbSO 4 + 2H = PbO + H 2 O
PbO + H 2 SO 4 = PbSO 4 + 2H 2 O
PbO 2 + H 2 SO 4 + 2H = PbSO 4 + 2H 2 O
1 铅酸电池
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。
放电化学反应:(正极成分)二氧化铅、(负极)海绵铅与电解液反应生成硫酸铅和水。「PbO2 + 2H2SO4 + Pb = PbSO4 + 2H2O + PbSO4」。
充电化学反应:硫酸铅(正负极成分)和水转化为二氧化铅、海绵铅与稀硫酸。「PbSO4 + 2H2O + PbSO4=PbO2 + 2H2SO4 + Pb」。
以上即为电池在充放电时发生的化学反应,接下来我们再了解一下什么是放电深度。
放电深度即使用过程中放电到何程度开始停止,100%深度指放出全部容量。铅酸蓄电池寿命受放电深度影响很大,设计考虑的重点就是深循环使用、浅循环使用还是浮充使用。若把浅循环使用的电池用于深循环使用时,则铅酸蓄电池会很快失效。
因为正极活性物质二氧化铅本身的互相结合不牢,放电时生成硫酸铅,充电时又恢复为二氧化铅,硫酸铅的摩尔体积比氧化铅大,则放电时活性物质体积膨胀。若一摩尔氧化铅转化为一摩尔硫酸铅,体积增加95%。这样反复收缩和膨胀,就使二氧化铅粒子之间的相互结合逐渐松弛,易于脱落。
若一摩尔二氧化铅的活性物质只有20%放电,则收缩、膨胀的程度就大大降低,结合力破坏变缓慢。因此,放电深度越深,其循环寿命越短。
在充电过程中,阴极和阳极与直流电源的负边缘和正边缘相连。正 H2 离子向阴极方向移动,它们获得两个电子并形成 H2 原子。它与硫酸铅发生化学反应,生成铅和硫酸。
PbSO 4 + 2H 2 O + 2H = PbSO 4 + 2 H 2 SO 4
铅酸电池的最佳工作温度是 25 0 C,即 77 0 F。温度范围的增加会缩短寿命。根据规则,温度每升高 80C,电池的半衰期就会缩短。而在 25 0 C下运行的价值调节电池具有 10 年的铅酸电池寿命。当它在 33 0 C 下运行时,它的使用寿命仅为 5 年。