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什么是铅酸电池?以及铅酸电池的应用有哪些?

来源:互联网作者:admin浏览次数:547发布时间:2022-05-02 14:15:23

   铅酸电池的名字来源于铅板制备的正负极和硫酸电解液,是一种最老且最常见的二次电池,其广泛应用于储能领域。尽管铅酸电池性能可靠稳定,但其循环寿命较低(标准寿命约为300~500圈)。早期,铅酸电池作为最稳定可能和最廉价的供能系统,在电动车领域有一定的应用,现在仍然为最常见的后备电源。目前,由于铅酸电池功率性能高,要应用于发动机启动、照明、点火等。在将来,由于价格原因,铅酸电池仍占一定的市场份额。

       铅酸电池从组成上来说主要包含铅及其氧化物和硫酸组成的类似于浆糊的铅盘或错网作为电极,一定数量的铅盘相互连接并浸入硫酸溶液中。正极铅盘主要由二氧化错组成,而负极由海绵状的铅组成。目前大部分铅盘都会加入锑、锡、钙、硒等元素形成合金,合金化的铅盘能够提高刚性,对电池制备过程和最后的产品质量都有益。正负极之间最常见的隔膜为微孔塑料膜。通常铅盘数为偶数,正极和负极的铅盘都各相互连接。在放电过程中,铅从电解液中吸收硫酸根,而充电过程将硫酸根释放到电解液中。在这过程中,活性材料会从铅盘和集流体掉落到电池底部,因面传统的铅酸电池循环寿命具有一定的限制。为此,大多数铅酸电池在设计中会在电池底部为掉落的活性材料和集流体之间预留一定空间,避免其接触发生短路。另外,铅和酸反应会产生一定气体留在电解液中,因而需要频繁对铅酸电池电解液进行检查或者更换。
       最近,一种新型的酸电池已被商业化。与传统铅酸电池不同的是,新电池用海绵状的璃纤维布作为隔膜,海绵状隔膜能够容纳电解液,而不是将铅盘直接浸入在酸溶液中。这样能够减少电解液的泄露,也能够将铅板与酸液反应的气体吸收在隔膜内部。因此,该电池组装好后不需要再对电解液进行检查、重新注入等后续服务。类似于这样的电池可归为阀控式密封铅酸蓄电池,其主要优势是在电池封闭后,电池产生的气体能够重新回到电解液中。也正因为这些原因,这类电池被称为免维修电池。

       尽管铅酸电池中铅和硫酸为有害物质,然而高回收率能够在很大程度上弱化这个缺点。作为回收率最高的电池产品,美国市场上铅酸电池回收率高达95%98%。但这仍然不满足环保要求,因为2%~5%的铅释放依然会对环境造成很大的危害。对此,人们寄希望于继续提高铅酸电池的回收率。

       除了环境问题,目前铅酸电池尺寸标准混乱是铅酸电池经常受到争议的另外一个问题。尽管铅酸电池已被大规模标准化和商品化,但不同的应用场合对铅酸电池有不同的需求,因而造成尺寸标准的千变万化。国际电池理事会 Battery Council International,BC曾经尝试为铅酸电池应用尺寸制定标准。除了尺寸标准,BCI还对铅酸电池的使用电压、终端配置等制定了一系列标准。

       由于材料和制造成本低、回收率高,铅酸电池现在仍具有较高的市场占有率。传统的和阀控式密封的铅酸电池最初被用作机动车的启动电池,近几年来铅酸电池在电动自行车领域发展迅速,占有绝对优势的市场份额。此外,在备用型电源、固定式储能以及升降机等需求大功率但对电池循环及比能量要求不高的应用领域,铅酸电池仍是很好的选择在过去150年中,尽管铅酸电池研发进展比较缓慢,仍有一些新进展使得其适用于新型的电气化工程领域,如微混动力和混合动力领域。目前一些公司,如能源电力系统 Cnergy Power System,EPS)和 Coult已经开发出先进的PbA体系。EPS研发出了一种平面层状的基体用于铅酸电池,使得电池寿命提高两三倍、充电速率大幅度提高,性能已经接近镍氢电池,而价格却约为镍氢电池的1/3。这种新型铅酸电池将来有望应用于微混合电动车和混合电动汽车,以及电力储存系统中。EPS研发的先进工艺使铅酸电池在市场应用中更有经济优势。澳大利亚公司 Coult对传统铅酸电池进行改进,研发出了超级铅酸电池。超级铅酸电池中引入了碳基电极,相当于在铅酸电池中引入一个超级电容器。这种超级铅酸电池能够获得上千次的循环寿命而没有明显的电化学性能衰减,已在可再生能源、电网、混合电动车领域获得了广泛应用。

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