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专家开讲：深入了解电池技术──Part 3

2014-8-18 09:37:14 2698

0 资深工程师 Ivan Cowie 的「深入了解电池技术」专栏Part 3来啰！这次要介绍的是铅酸电池(lead-acidbatteries)技术。铅酸电池是在1859年由法国物理学家Gaston Plante所发明，这种二次电池的能量-重量(energy-to-weight)比、能量-体积(energy-to-volume)比都非常低，但能以低成本提供高浪涌电流做为补偿。有四种主要动力促进了铅酸电池技术的发展：小型消费性装置、启动/车辆、深循环(deep cycle)以及工业应用。铅酸电池有两种不太需要维护的种类──凝胶式(gel cell)以及吸附玻璃纤维式(absorbed glass mat，AGM)；而这两种电池又被称为阀调节式铅酸电池(valve-regulated lead-acid，VRLA)或是密封式铅酸电池。以下是铅酸电池的一些技术规格： ˙能量比(specificenergy)：30~40 Wh/kg； ˙能量密度：60~75 Wh/L； ˙功率比(specific power)：180 W/kg； ˙能量/消费价格(Energy/consumer price)：1美元约7~18 Wh； ˙自放电率(self-dischargerate)：每月3~20%； ˙循环耐久性(cycledurability)：最高可达800循环周期(通常为500)； ˙标称电压(nominalcell voltage)：2.1V； ˙每节电池浮动充电电压(float-chargevoltage per cell)：2.23 (胶状)，2.32 (液式)，2.25 (AGM)； ˙截止电压(Cutoff voltage)：每节1.75V (液式)； ˙充电温度：-40°C (最低)~ 49°C (最高)；其余规格细节请参考电池供货商产品。化学反应式 ˙放电时负极板(negative plate)化学反应：Pb(s) + HSO4-(aq) → PbSO4 (s) +H+(aq) + 2e- ˙放电时正极板(positive plate)化学反应：PbO2 (s) + HSO4-(aq) + 3H+(aq) + 2e- → PbSO4 (s) + 2H2O(l) ˙放电时整体化学反应：Pb(s) + PbO2 (s) + 2H2SO4 (aq) → 2PbSO4 (s) + 2H2O(l) ˙充电时负极板化学反应：PbSO4 (s) + H+(aq) + 2e- → Pb(s) +HSO4-(aq) ˙充电时正极板化学反应：PbSO4 (s) + 2H2O(l) → PbO2 (s) +HSO4-(aq) + 3H+(aq) + 2e- 充电除了车用电池，密封式铅酸电池的充电时间约为12~16个小时，或是大型电池站最常充电时间可达36~48小时；若以较高的充电电流或是多阶段式(multi-stage)充电方法，可将充电时间缩减到10小时以下，不过可能达不到充饱电(topping charge)的状态。密封式铅酸电池技术反应速度较慢，无法像其他种类的电池系统那样快速充电。为了达到最佳充电效果，铅酸电池应该采取三阶段充电：恒流充电能提供最大的电流辆，占据整个充电所需时间的一半左右，注满充电采用较低的电流将电量充饱，浮动充电则补偿自放电导致的电量损失；如下图所示铅酸电池的三阶段充电下面的两张图是阀调节式铅酸电池的放电电流/电压变化范例，采用的是Panasonic美国分公司制造的UP-VW1220P1电池产品。不同温度下的放电电流充电放电时不同阶段的端电压比较报废的铅酸电池不能送到垃圾掩埋场或是焚化炉，需要送到回收厂，可透过网络查询回收据点；在接下来的文章中作者还会继续探讨更多电池技术，也欢迎大家讨论！编译： Judith Cheng 参考译文： AllAbout Batteries, Part 3: Lead-Acid Batteries，by Ivan Cowie 扩展阅读：专家开讲：深入了解电池技术 ──Part 1 专家开讲：深入了解电池技术 ──Part 2-1 专家开讲：深入了解电池技术──Part 2-2 专家开讲：深入了解电池技术──Part 2-3 专家开讲：深入了解电池技术──Part 3铅酸电池专家开讲：深入了解电池技术──Part 4 (碱性电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 5 (碳锌电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 6 (锌空气电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 7 (锂亚硫酸氯电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 8 (锌/氧化银电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 9 (钠硫电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 10锂二氧化硫电池 0
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