实验一简易铅酸蓄电池的制备

实验一简易铅酸蓄电池的制备第1页/共20页实验一简易铅酸蓄电池的制备

第2页/共20页一、目的1、掌握铅酸蓄电池的工作原理和基本构造。2、了解铅酸蓄电池制备过程。第3页/共20页二、基本原理1、铅酸蓄电池电动势的产生

铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质--氢氧化铅（Pb(OH)4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb4+）留在正极板上，故正极板上缺少电子。铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，变成铅离子（Pb2+），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e-）。第4页/共20页可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。第5页/共20页2、铅酸蓄电池放电过程的电化反应铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反应。负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb2+）与电解液中的硫酸根离子（SO42-）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板的铅离子（Pb4+）得到来自负极的两个电子（2e-）后，变成二价铅离子（Pb2+），与电解液中的硫酸根离子（SO42-）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（O2-）与电解液中的氢离子（H+）反应，生成稳定物质水。第6页/共20页

电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。化学反应方程式：正极活性物质电解液负极活性物质正极生成物电解液生成物负极生成物↓↓↓↓↓↓PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4氧化铅稀硫酸铅硫酸铅水硫酸铅第7页/共20页3、铅酸蓄电池充电过程的电化学反应外接一直流电源进行充电，使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2+

）和硫酸根负离子（SO42-），由于外电源不断从正极吸取电子，则正极板附近游离的二价铅离子（Pb2+

）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb4+

），并与水继续反应，最终在正极极板上生成二氧化铅（PbO2）。在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2+）和硫酸根负离子（SO42-），由于负极不断从外电源获得电子，则负极板附近游离的二价铅离子（Pb2+

）被中和为铅（Pb），并以绒状铅附着在负极板上。第8页/共20页

电解液中，正极不断产生游离的氢离子（H+）和硫酸根离子（SO42-），负极不断产生硫酸根离子（SO42-），在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。化学反应式为：正极物质电解液负极物质正极生成物电解液生成物负极生成物PbSO4+2H2O+PbSO4→PbO2+2H2SO4+Pb硫酸铅水硫酸铅氧化铅硫酸铅第9页/共20页第10页/共20页4、铅酸蓄电池充放电后电解液的变化铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水逐渐减少，溶液比重上升。实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。

第11页/共20页三、基本构造1.正负极板铅酸蓄电池的极板，依构造和活性物质化成方法，可分为四类：涂膏式极板、管式极板，化成式极板，半化成式极板。涂膏式极板（涂浆式极板）由板栅和活性物质构成的。板栅的作用为支撑活性物质和传导电流、使电流分布均匀。板栅的材料一般采用铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金。正极活性物质主要成分为二氧化铅，负极活性物质主要成分为绒状铅。第12页/共20页2．隔板电池用隔板是有微孔橡胶、颜料玻璃纤维等材料制成的，它的主要作用是：(1)防止正负极板短路。(2)使电解液中正负离子顺利通过。(3)阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。因此要求隔板要有孔率高，孔径小，耐酸，不分泌有害杂质，有一定强度，在电解液中电阻小，具有化学稳定性的特点。第13页/共20页3.电解液电解液是蓄电池的重要组成部分，它的作用是传导电流和参加电化学反应。电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配制而成的，电解液的纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。4.电池壳、盖电池壳、盖是装正、负极板和电解液的容器，一般由塑料和橡胶材料制成。5.排气栓一般由塑料材料制成，对电池起密封作用，阻止空气进入，防止极板氧化。同时可以将充电时电池内产生的气体排出电池，避免电池产生危险。使用前：必须将排气栓上的盲孔用铁丝刺穿，以保证气体溢出通畅。第14页/共20页第15页/共20页四、铅酸蓄电池生产工艺流程

1.板栅铸造铅酸蓄电池用板栅合金为铅锑（包括多元低锑）和铅钙两大系列，板栅的制造有铸造和拉网两种方式，铸造方法中又分为重力浇铸和压力铸造。目前板栅的制造方法，多以传统的浇铸为主。其中，正极是低锑合金，负极是铅钙合金的混合式发展很快，因为铅钙合金自放电低，低锑合金深放电寿命好，混合式合金板栅兼有两者的优点。第16页/共20页2．生极板的制造在化成之前的极板称为生极板。生极板是由水、硫酸、铅粉以及添加剂混合制成铅膏，填涂在板栅上，又经津酸、固化和干燥而成。正负极板分别在两条生产线上进行，严防负极活性物质混入正极活性物质中，缩短使用寿命。第17页/共20页3．极板的化成在稀硫酸电解液中，把正极板与直流电源的正极相接，负极板与直流电源的负极相接，用电化学方法使正极板上的活性物质发生阳极氧化，生成PbO2，同时，在负极板上发生阴极还原，生成海绵状铅。这种用直流电电解的方法形成的铅酸蓄电池活性物质的过程，叫极板的化成。化成方式有槽式化成和电池化成。第18