铅酸电池的分类和特性解析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：根据其电解质的特性，铅酸电池可以分为两类。

8.3.1.1 基本原理和技术

铅酸电池技术（由Plante2025年发明）是目前应用最为广泛的电能储存技术，而且自诞生之日起已获得了显著的进展。铅酸蓄电池的能量成本是目前的电池储能技术中是最低的，这使得它可以在未来的很多年都将继续具有市场空间。根据其电解质的特性，铅酸电池可以分为两类。

液体电解质蓄电池具有很长的使用寿命，但是要求定期和频繁的维护，一些电池可以做到每200～250个放电周期进行一次维护，或相当于每年维护一次。

铅酸蓄电池的基本材料是铅和硫酸，由多孔的铅组成的负极板和氧化铅组成的正极板而构成（见图8-2）。电动汽车主要采用的便是这类电池。在传统电池中，为防止正、负极板发生短路，单体电池内正极板和负极板之间采用纤维素材质的隔膜片以确保隔离。在高性能的电池中，则采用微孔隔离板以防止发生任何可能的短路故障。

图8-2 铅酸蓄电池示意图

单体铅酸蓄电池的端电压约为2V，根据其正常工作过程中荷电状态的不同，端电压可以在1.7～2.4V之间变动。

以下给出了在铅酸蓄电池电极上发生的电化学反应方程式：

阳极（氧化反应）：

阴极（还原反应）：

免维护电池可以采用两种不同的电解质，即硅胶凝体和非织造纤维膜。通过配备一个调节阀使气体进行再混合，从而实现电池的免维护。采用该技术，使电池与充电器有机结合，以确保电池处于最佳的使用工况。需要强调的是，免维护电池的耐过充能力较弱。该类电池的能量密度为35～50W·h/kg。“两极”电池是个新概念，它取代了传统蓄电池中正极和负极的组装，从而在性能上取得了优异表现。这类电池在80%放电深度时的循环寿命约500次。(https://www.chuimin.cn)

世界各地有众多的铅酸蓄电池厂商，几乎所有的厂商都参与了由先进铅酸电池协会（ALABC）发起的蓄电池性能改良计划。

铅酸蓄电池可以分为如下四个主要的“子类”：

1）启动电池（格栅极板），世界上的很多国家都生产，这种电池随处都可以见到。它们被设计成平时始终保持满充状态，在需要时可以进行快速大电流放电。它们自放电率较大，价格相对便宜（按可利用容量计约为0.2欧元/kW·h），应用广泛。

2）驱动电池（平极板），应用于电动汽车以及更为多见的自动运行机车（铁路，电梯）。它们被设计成每天一个充放电循环。因此，可以在放电到较低的荷电状态。其价格较高，按可利用容量计约为0.5欧元/kW·h。

3）胶体电解质电池（平极板），主要用于牵引场合。其容量通常较小，约为100A·h。该类电池不需要任何维护，可以持续运行3～5年，按可利用容量计成本约为0.6欧元/kW·h。它们也经常被用于小型的专业化平台上（如无线通信台站），尤其是移动性设备（如闪亮或发光的浮标）。目前也出现了一种“防水”电池，其液体电解质被吸入并永久存放在合成材料的袋子里。

4）固定（静态）电池（管式极板），源于可靠供电技术的需求（通信中继站等）。该类电池被设计为以一个很小的电流持续充电（即浮充充电，使电池电压保持在一个恒定值），自放电率小（每月1%～2%），而且在需要时，可以全放电。即便如此，电池仍可进行充放电循环，并在相对较低的荷电状态持续运行几个星期。虽然该类电池需要较少的维护（水位的调整），成本也稍低（0.5欧元/kW·h），但其依然具有较高的性能指标（寿命可达8～12年），因而可广泛用于300A·h以上的电池储能电站。

事实上，所有的铅酸蓄电池都不能在额定容量的20%以下继续放电。否则，电极将发生硫化（参见下一小节内容），导致电池容量受损，内阻增加，可利用容量降低。

8.3.1.2 荷电状态控制

当蓄电池放电时，电解液中的硫酸浓度不断降低，而在充电时，将会再次反应生成硫酸。通过测量电解质浓度可以确定蓄电池的荷电状态，而这可以通过测量酸性度来实现。在电池充满电后，如果继续施加充电电流，将会导致电极附近的水发生电解，产生氢气和氧气并最终以气体的形式释放。如果过度放电，或者没有控制硫酸浓度，硫酸会腐蚀电极并产生难以清除的硫酸铅，导致蓄电池失效。因此，为使铅酸蓄电池处于一个良好的状态，时刻检测充电或放电状态是非常重要的，过充电或过放电都会对电池造成一定程度的损坏。

8.3.1.3 自放电率和电池寿命

自放电率取决于电池所采用的材料（如铅合金、隔板等）。对于锑化铅电极（这种合金可以提高电极的机械强度），每月的自放电率约为10%量级；对于采用含有低量的锑或钙铅合金的软铅材料，在20℃的温度下，每月自放电率可以降到约为百分之几，但这种材料较为脆弱。自放电率随温度变化较大，一种比较接近的说法是自放电率遵循Arrhenius定律，即每升高10℃自放电率增加一倍。

假定具有过放电保护，并且通过限制每天的放电深度（＜15%NC）和每季度放电深度（＜60%NC），铅蓄电池的使用寿命可以达到6～7年。其中，NC表示电池的额定容量。

铅酸电池的分类和特性解析

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