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    1. 鉛酸蓄電池的主要參數

      發布者:HOPPECKE 荷貝克   時間:2022-08-24

      蓄電池的電壓

      (1)電動勢

      電動勢是指電池在開路時,正極平衡電極電勢與負極平衡電極電勢之差,其大小取決于電池中的化學反應,與電池的形狀、尺寸無關。

      根據鉛酸蓄電池的成流反應,按熱力學原則,電池的電動勢為

      其中E為電池電動勢;Eθ為所有反應物的活度或壓力等于1時的電動勢,稱為標準電動勢(V);R為摩爾氣體常數,為(K·mol);T為絕對溫度(K);F為法拉第常數(96500C/mol);n為電化學反應中的電子得失數目。電動勢是電池在理論上輸出能量大小的量度之一,如果其它條件相同,電動勢越高的電池,理論上能輸出的能量就越大。

      (2)開路電壓

      開路電壓是電池在開路狀態下的端電壓,也是兩極的電極電勢之差,但不是平衡電勢,而是穩定電勢或混合電勢之差。理論上,電池的開路電壓并不等于電動勢,但數值上可能很接近。蓄電池組在線檢測系統的設計及研究鉛酸蓄電池的開路電壓也是硫酸濃度的函數,其與電解液密度的關系可用如下的經驗公式表示:

      開路電壓=d+其中d為電解液的密度。

      (3)工作電壓

      工作電壓是指有電流流過外線路時,電池兩極之間的電位差。放電工作電壓總是低于開路電壓。

      蓄電池的溫度

      蓄電池內部溫度對其性能影響很大,對鉛酸蓄電池而言,更是如此,因為在充放電過程中其內部存在“氧循環”,產生的額外熱量會使溫度上升,因而影響更大,因此在判斷蓄電池的性能時,要充分考慮溫度的影響。當溫度上升時,電解液的運動速度增大,獲得動能增加,因此滲透力加強,電解液電阻減小,電化學反應增強,這些都使蓄電池容量增大。當溫度降低時,電解液的粘度增大,使離子運動受到較大阻力,擴散能力降低,滲入極板內部困難,活性物質深處由于酸的缺乏而得不到充分利用,導致容量下降。其次是電解液電阻隨溫度下降而增加,結果電池內阻增加,電壓降增大,從而容量下降。溫度變化1℃時蓄電池容量的變化量稱為容量的溫度系數。在一般情況下,容量與溫度的關系如下式所示:

      其中Ct1為溫度在t1℃時的容量(A·h),Ct2為溫度在t2℃時的容量(A·h),K為容量的溫度系數,t1、t2為電解液的溫度(℃)。

      蓄電池的內阻

      電池的內阻是指電流通過電池時所受到的阻力。蓄電池等效模型如圖所示。其中RΩ表征電池歐姆電阻,Rp表征電池極化電阻,Cd表征電池正極和負極間雙電層電容。

      宏觀上測出的電池內阻即穩態內阻是由歐姆電阻RΩ和極化電阻Rp組成,其中極化電阻又包括濃差極化電阻Rc和活化極化電阻Re。

      (1)歐姆電阻RΩ

      包括電池內部的電極、隔膜、電解液、連接條和極柱等全部零部件的電阻。雖然在電池整個壽命期間它會因板柵腐蝕、電極變形、電解液的濃度和溫度而改變,但是在每次檢測電池內阻過程中可以認為是不變的。

      (2)濃差極化內阻RC

      既然是由反應離子濃度變化引起的,只要有電化學反應在進行,反應離子的濃度就總是在變化著的,因而它的數值是處于變化狀態,測量方法不同或測量持續時間不同,其測得的結果也會不同。

      (3)活化極化內阻Re

      由電化學反應體系的性質決定,只有在電池壽命后期或放電后期電極結構和狀態發生了變化而引起電流密度改變時才有所變化,但其數值仍然很小。

      當電池通過恒定的電流時,歐姆電阻壓降在通電時立即產生。而電容Cp上電壓降需要歷經充電和放電而較遲產生。當電流流過階躍電流時,其電壓降△U為:

      在式()中,當時間t=0時,△U =iR,△U僅為歐姆壓降,所以△U-t變化關系類似直線狀,當階躍電流時間較長時,△U-t變化關系曲線不再為直線狀,△U方程式為

      其中R為摩爾氣體常數,為(K·mol);F為法拉第常數(96500C/mol);T為絕對溫度(K);n為電化學反應中的電子得失數目;N為電極反應擴散系數;為交換電流密度,表征電極反應電荷傳遞特性。上式中第一項為歐姆壓降,第二項為濃差極化電勢,它與多孔性電極的反應容抗特性及傳遞過程遲緩特性引起的電阻特性有關。第三項為電池活化極化值,表征與交換電流密度有關的量。由于鉛酸蓄電池的活性物質為粉狀,具有很大比表面積,當電池以較小的電流放電時,極板的真實電流密度很小,極化也就很小,即極化內阻很小。只有當蓄電池以很大蓄電池組在線檢測系統的設計及研究的電流放電時,或在低溫下放電負極發生鈍化,或發生不可逆硫酸化時,極化電阻才具有較大的數值,對電池的性能產生較大影響。

      蓄電池的容量

      在一定的放電條件下從蓄電池所能得到的電量稱為電池的容量,以符號C表示。常用的單位為安培·小時,簡稱安時(A·h)或毫安時(mA·h)。為了比較不同系列的電池,常用比容量的概念,即單位體積或單位質量電池所能給出的理論電量,單位為A·h/L或A·h/kg。蓄電池的容量可分為理論容量、實際容量、額定容量。理論容量是活性物質的質量按法拉第定律計算而得的最高理論值。

      實際容量是指蓄電池在一定條件下所實際輸出的電量,其值小于理論容量,因為組成實際電池時,除活性物質外還包括非反應的成分如外殼、導電零件等。此外,由于種種原因,活性物質也不能100%被利用。影響蓄電池實際容量的因素主要有三個:

      一是放電電流。隨著放電電流的加大,蓄電池的容量和端電壓將隨之減小。這是因為放電時,正負極板的PbO2,Pb都轉變為PbSO4,由于PbSO4比重較小,因此隨著PbSO4的析出,極板孔隙逐漸縮小,使容器中的硫酸滲入困難,且當放電電流增大時,化學反應速度加快,PbSO4堵塞孔隙的速度也加快。由于孔隙中電解液濃度迅速下降,使極板內部的大量活性物質不能參與化學反應,蓄電池的實際輸出容量減小。

      二是電解液溫度。電解液溫度對容量的影響見。

      三是電解液濃度。在鉛酸蓄電池中,H2SO4也是反應物,體積一定時,增加電解液的濃度就是增加反應物質,所以在實際使用的電解液濃度范圍內,隨著電解液濃度的增加,電池容量也增加,特別是在高倍率放電并由正極板限制電池容量時更是如此。額定容量也叫保證容量,是按國家或有關部門頒布的標準,保證電池在一定的放電條件下,應該放出的最低限度的容量值。一般常指在溫度20℃~25℃時,充滿其容量,并擱置24小時后,以10小時放電率或電流數值的電流放電至其終止電壓(~單體,2V蓄電池)時所輸出的容量。當蓄電池以恒定電流放電時,它的容量(Ah)等于放電電流(A)與其持續時間(h)的乘積。C =It如果放電電流不是常數,那么蓄電池的輸出容量為不同的放電電流與其持續時間的乘積之和




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