鉛蓄電池的構(gòu)造組成與功能說(shuō)明,鉛蓄電池主要由極板、隔板、殼體、電解液、鉛連接條、極柱等部分組成,并介紹了單體電池的串接方式。
鉛蓄電池的構(gòu)造
鉛蓄電池主要由極板、隔板、殼體、電解液、鉛連接條、極柱等部分組成。
如圖1—1,殼體一般分隔為3個(gè)或6個(gè)單格,每個(gè)單格均盛裝有電解液,插入正負(fù)極板組便成為單體電池。
每個(gè)單體電池的標(biāo)稱電壓為2V,將3個(gè)或6個(gè)單體電池串聯(lián)后便成為一只6V或12V蓄電池總成。
1、正、負(fù)極板
極板分正極板和負(fù)極板兩種,均由柵架和填充在其上的活性物質(zhì)構(gòu)成。
蓄電池充、放電過(guò)程中,電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換,就是依靠極板上活性物質(zhì)和電解液中硫酸的化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2),呈深棕色;負(fù)極板上的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛(Pb),呈青灰色。
柵架的作用是容納活性物質(zhì)并使極板成形,一般由鉛銻合金澆鑄而成。
鉛銻合金中,含銻6%~8、5%,加入銻是為了提高柵架的力學(xué)性能并改善澆鑄性能,但易引起蓄電池的自放電和柵架的膨脹、潰爛。
因此,柵架的生產(chǎn)材料將向低銻(含銻量小于3%)、甚至不含銻的鉛鈣合金發(fā)展。
國(guó)產(chǎn)正極板的厚度為2、2mm、負(fù)極板為1、8mm。國(guó)外大多采用薄型極板,厚度為lmm~1、5mm。薄型極板可以提高蓄電池的體積比能量、重量比能量,改善蓄電池的起動(dòng)性能。
為增大蓄電池的容量,將多片正、負(fù)極板分別并聯(lián)焊接,組成正、負(fù)極板組,如圖1-1。橫板上聯(lián)有極柱,各片間留有空隙。
安裝時(shí)正負(fù)極板相互嵌合,中間插入隔板。由于正極板的力學(xué)性能差,所以,在每個(gè)單體電池中,負(fù)極板的數(shù)量總比正極板多一片,這樣正極板都處于負(fù)極板之間,使其兩側(cè)放電均勻,不致造成正極板拱曲變形。
2、隔板
為了減小蓄電池的內(nèi)阻和尺寸,蓄電池內(nèi)部正負(fù)極板應(yīng)盡可能地靠近;為了避免彼此接觸而短路,正負(fù)極板之間要用隔板隔開(kāi)。
隔板材料應(yīng)具有多孔性和滲透性,且化學(xué)性能要穩(wěn)定,即具有良好的耐酸性和抗氧化性。
常用的隔板材料有木質(zhì)隔板、微孔橡膠、微孔塑料、玻璃纖維和紙板等。
木質(zhì)隔板價(jià)格低,但耐酸性能差。在硫酸和高溫作用下易炭化發(fā)黑變脆。微孔塑料(聚氯乙烯、酚醛樹(shù)脂)和微孔橡膠隔板耐酸、耐高溫性好,因而使用較多。
玻璃纖維隔板常和木質(zhì)、微孔塑料等隔板組合使用。使用時(shí)應(yīng)將玻璃纖維隔板靠近正極板以防止活性物質(zhì)脫落,提高蓄電池的使用壽命,但由于操作工藝復(fù)雜而逐漸被淘汰。
安裝時(shí)隔板上帶溝槽的一面應(yīng)面向正極板,這是因?yàn)檎龢O板在充、放電過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)激烈,溝槽能使電解液較順利地上下流通。同時(shí),使正極板上脫落的活性物質(zhì)順利地掉入殼底槽中。
在新型蓄電池中,還將微孔塑料隔板制成袋狀緊包在正極板外部,可進(jìn)一步防止活性物質(zhì)脫落避免極板內(nèi)部短路并使組裝工藝簡(jiǎn)化。
3、殼體
蓄電池的殼體是用來(lái)盛放電解液和極板組的,應(yīng)由耐酸、耐熱、耐震、絕緣性好并且有一定力學(xué)性能的材料制成。
早期生產(chǎn)的起動(dòng)型蓄電池大都采用硬橡膠殼體,近年來(lái)大都采用聚丙烯塑料殼體。
塑料殼體具有較好的韌性,壁薄而輕(壁厚僅3、5mm,而膠殼壁厚達(dá)lOmm左右),且制作工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高,容易熱封合,不會(huì)帶進(jìn)任何有害雜質(zhì)具有外形美觀、透明,成本低等優(yōu)點(diǎn)。
殼體為整體式結(jié)構(gòu),殼體內(nèi)部由間壁分隔成3個(gè)或6個(gè)互不相通的單格,底部有突起的肋條以擱置極板組。
肋條之間的空間用來(lái)積存脫落下來(lái)的活性物質(zhì),以防止在極板間造成短路,極板裝入殼體后,上部用與殼體相同材料制成的電池蓋密封。
在電池蓋上對(duì)應(yīng)于每個(gè)單格的頂部都有一個(gè)加液孔,用于添加電解液和蒸餾水,也可用于檢查電解液液面高度和測(cè)量電解液相對(duì)密度。
加液孔平時(shí)旋人加液孔螺塞以防電解液濺出,螺塞上有通氣孔可使蓄電池化學(xué)反應(yīng)放出的氣體(H:和O:等)能隨時(shí)逸出。
硬橡膠殼體一般采用單體蓋密封,即每個(gè)單格電池上裝一個(gè)蓋,蓋上有三個(gè)孔,兩側(cè)圓孔作為極柱孔,中間為加液孔,電池蓋和容器頂部用瀝青封口劑密封。
聚丙烯塑料殼體電池蓋都采用整體式結(jié)構(gòu),蓋上有3個(gè)(6V電池)或6個(gè)(12V電池)加液孔,兩個(gè)正負(fù)極柱穿出孔,蓋和容器的密封采用粘結(jié)劑粘合或熱熔連接。
4、電解液 (蓄電池電解液的相對(duì)密度)
電解液在電能和化學(xué)能的轉(zhuǎn)換過(guò)程即充電和放電的電化學(xué)反應(yīng)中起離子間的導(dǎo)電作用并參與化學(xué)反應(yīng)。
它由密度為1.84g/ml的純硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成,而其密度一般為1.24~1.30g/ml。配制電解液必須使用耐酸的器皿,切記只能將硫酸慢慢地倒人蒸餾水中并不斷攪拌。
電解液的純度是影響蓄電池的性能和使用壽命的重要因素。
因此,電解液的配制應(yīng)嚴(yán)格選用GB4554—1984標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)專用硫酸和蒸餾水。工業(yè)用硫酸和一般的水中因含有鐵、銅等有害雜質(zhì),會(huì)增加自放電和損壞極板,故不能用于蓄電池。
5、單體電池的串接方式
蓄電池一般都由3個(gè)或6個(gè)單體電池串聯(lián)而成,額定電壓分別為6V或12V。
單體電池的串接方式一般有傳統(tǒng)外露式、穿壁式和跨越式三種方式,如圖1—2。
早期的蓄電池大多采用傳統(tǒng)外露式鉛連接條連接方式,如圖1—2a。
這種連接方式工藝簡(jiǎn)單,但耗鉛量多,連接電阻大,因而起動(dòng)時(shí)電壓降大、功率損耗也大,且易造成短路。
新型蓄電池則采用先進(jìn)的穿壁式或跨越式連接方式。
穿壁式連接方式如圖1—2b,它是在相鄰單體電池之間的間壁上打孔供連接條穿過(guò),將兩個(gè)單體電池的極板組極柱連焊在一起。
跨越式連接如圖1—2c,在相鄰單體電池之間的間壁上邊留有豁口,連接條通過(guò)豁口跨越間壁將兩個(gè)單體電池的極板組極柱相連接,所有連接條均布置在整體蓋的下面。
穿壁式和跨越式連接方式與傳統(tǒng)外露式鉛連接條連接方式相比,有連接距離短、節(jié)約材料、電阻小、起動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn),且連接條損耗減少80%,端電壓提高0.15~0.4V,節(jié)約材料50%以上,因而得到廣泛的應(yīng)用。