【正文】 ............................................................ 22 ........................................................................................................................................ 23 ........................................................................................................................... 24 ........................................................................................................................... 24 ................................................................................................................................... 25 .................................................................................................................. 26 第六章 總結(jié)與展望 ............................................................................................................................................... 28 致謝 .......................................................................................................................................................................... 29 參考文獻 :............................................................................................................................................................... 30 黃石理 工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） V 黃石理 工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 概述 課題來源 本課題是根據(jù)學院老師結(jié)合當今汽車工業(yè)發(fā)展 趨勢?？紤]到汽車蓄電池在汽車中占據(jù)重要部分，但又由于汽車蓄電池 在使用后會變成環(huán)境的重要污染者，而導致環(huán)境破壞。故而基于這一想法出 發(fā)，提出“廢舊蓄電池再生研究”這一論文，并根據(jù)這些提出設(shè)計方案以及 對其進行分析。 汽車蓄電池的現(xiàn)狀 鉛蓄電池是一種傳統(tǒng)的電池產(chǎn)品 ， 自發(fā)明至今已有多年的歷史 ， 但該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍方興未艾 。 鉛蓄電池目前仍是 化學電池中市場份額最大 、 使用范圍最廣的電池 ， 銷售額居二次電池之首 ， 特別在起動和大型儲能等應(yīng)用領(lǐng)域較長時期內(nèi) 尚難以被其他新型電池替代 。 鉛蓄電池具有技術(shù)成熟 、 性能穩(wěn)定 、 安全 、 成本低 、資源再生回收率高等比較優(yōu)勢 ， 但和鋰離子電池相比能量密度較低循環(huán)壽命偏短 ， 主要原材料鉛是一類有毒物質(zhì) ， 電池生產(chǎn)和再生鉛加工過程中存在鉛污染風險 ， 管理不善可能會對環(huán)境造成危害 。 科學技術(shù)進步和管理水平提高將促進鉛蓄電池生產(chǎn)和再生鉛過程的鉛污染實 現(xiàn)可控 、 可治 ， 污染風險減小 。 隨著新技術(shù)的突破和新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 ， 鉛蓄電池將進入新技術(shù)時代 ， 其比能量 和比功率將大幅度提高循環(huán)壽命延長 ， 未來較長時期內(nèi)鉛蓄電池仍將在起動儲能動力等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。 黃石理 工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第二章 汽車蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池的工作原理 、鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生 鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（ PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì) 氫氧化鉛（ Pb(OH)4），氫氧根離子在溶液中，鉛離子（ Pb4）留在正極板上，故正極板上缺少電子。 鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（ Pb），與電解液中的硫酸（ H2SO4）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離 子（ Pb2），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負極板上留下多余的兩個電子（ 2e）。 可見，在未接通外電路時（電池開路），由于化學作用，正極板上缺少電子，負極板上多余電子，如右圖所示，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。 、鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng) 鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負極板上的電子經(jīng)負載進入正極板形成電流 I。同時在電池內(nèi)部進行化學反應(yīng)。負極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（ Pb2）與電解液中的硫酸根離子（ SO42）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（ PbSO4）。正極板的鉛離子（ Pb4）得到來自負極的兩個電子（ 2e）后，變成二價鉛離子（ Pb2），與電解液中的硫酸根離子（ SO42）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（ PbSO4）。正極板水解出的氧離子（ O2）與電解液中的氫離子（ H）反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水。電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負極，在電池內(nèi)部形成電流，整個回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。放電時 H2SO4 濃度不斷下降，正負極上的硫酸鉛（ PbSO4）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導電），電解液濃度下降，電池電動勢降低。 黃石理 工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 、鉛酸蓄電池充電過程的電化反應(yīng) 充電時，應(yīng)在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存起來。在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（ Pb2）和硫酸根負離子（ SO42），由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子（ Pb2）不斷放出兩個電子來補充，變成四價鉛離子（ Pb4），并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧化鉛（ PbO2）。在負極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離 子（ Pb2）和硫酸根負離 （ SO42）由于負極不斷從外電源獲得電子，則負極板附近游離的二價鉛離子（ Pb2）被中和為鉛（ Pb），并以絨狀鉛附著在負極板上。電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子（ H）和硫酸根離子（ SO42），負極不斷產(chǎn)生硫酸根離子（ SO42），在電場的作用下，氫離子向負極移動，硫酸根離子向正極移動，形成電流。充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會發(fā)生水的電解反應(yīng)。 、鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化 從上面可以看出，鉛酸蓄電池放電時，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比 重下降。從上面可以看出，鉛酸蓄電池充電時，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。實際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度。 鎳鎘蓄電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物，負極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。當環(huán)境溫度較高時，使用密度為 ～ （ 15℃ 時）的氫氧化鈉溶液。當環(huán)境溫度較低時，使用密度為 ～ （ 15℃ 時）的氫氧化鉀溶液。在 15℃ 以下時，使用密度為 （ 15℃ 時 ）的氫氧化鉀溶液。為兼顧低溫性能和荷電保持能力，密封鎳鎘蓄電池采用密度為 （ 15℃ 時）的氫氧化鉀溶液。為了增加蓄電池的容量和循環(huán)壽命，通常在電解液中加入少量的氫氧化鋰（大約每升電解液加 1520g）。 黃石理 工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸嚒?NiOOH〕，負極板上的活性物質(zhì)變?yōu)榻饘冁k；鎳鎘電池放電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸瘉嗘?，負極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。 （ 1）負極反應(yīng) 負極上的鎘失去兩個電子后變成二價鎘離子 Cd2+， 然后立即與溶液中的兩個氫氧根離子 OH結(jié)合生成氫氧化鎘 Cd(OH)2，沉積到負極板上。 （ 2）正極反應(yīng) 正極板上的活性物質(zhì)是氫氧化鎳（ NiOOH）晶體。鎳為正三價離子（ Ni3+），晶格中每兩個鎳離子可從外電路獲得負極轉(zhuǎn)移出的兩個電子，生成兩個二價離子 2Ni2+。與此同時，溶液中每兩個水分子電離出的兩個氫離子進入正極板，與晶格上的兩個氧負離子結(jié)合，生成兩個氫氧根離子，然后與晶格上原有的 黃石理 工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 兩個氫氧根離子一起，與兩個二價鎳離子生成兩個氫氧化亞鎳晶體。 充電時，將蓄電池的正、負極 分別與充電機的正極和負極相連，電池內(nèi)部發(fā)生與放電時完全相反的電化學反應(yīng)，即負極發(fā)生還原反應(yīng)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)。 （ 1）負極反應(yīng) 充電時負極板上的氫氧化鎘，先電離成鎘離子和氫氧根離子，然后鎘離子從外電路獲得電子，生成鎘原子附著在極板上，而氫氧根離子進入溶液參與 。 (2)正極反應(yīng) 在外電源的作用下，正極板上的氫氧化亞鎳晶格中，兩個二價鎳離子各失去一個電子生成三價鎳離子，同時，晶格中兩個氫氧根離子各釋放出一個氫離子，將氧負離子留在晶格上，釋出的氫離子與溶液中的氫氧根離子結(jié)合，生成水分子。然后，兩個三價鎳離子與兩 個氧負離子和剩下的二個氫氧根離子結(jié)合，生成兩個氫氧化鎳晶體： 即得鎳鎘蓄電池充電時的電化學反應(yīng)： 蓄電池充電終了時，充電電流將使電池內(nèi)發(fā)生分解水的反應(yīng)，在正、負極板上將分 別有大量氧氣和氫氣析出 。 氫摒化鈉或氫氧化鉀并不直接參與反應(yīng)，只起導電作用。從電池反應(yīng)來看，充電過程中生成水分子，放電過程中消耗水分子，因此充、放電過程中電解液濃度變化很小，不能用密度計檢測充放電程度。 黃石理 工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 充足電后，立即斷開充電電路，鎳鎘蓄電池的電動勢可達 左右，但很快就下降到 。 鎳鎘蓄電 池的端電壓隨充放電過程而變化，可用下式表示： U充 =E充 +I 充 R 內(nèi) U放 =E放 I 放 R 內(nèi) 從上式可以看出，充電時，電池的端電壓比放電時高，而且充電電流越大，端電壓越高；放電電流越大，端電壓越低。 當鎳鎘蓄電池以標準放電電流放電時，平均工作電壓為 。采用 8h 率放電時，蓄電池的端電壓下降到 后，電池即放完電。 蓄電池充足電后，在一定放電條件下，放至規(guī)定的終止電壓時，電池放出的總?cè)萘糠Q為電池的額定容量，容量 Q用放電電流與放電時間的乘積來表示 。 表示式如下： Q=It(Ah) 鎳鎘蓄電池容量與下列因素有關(guān)： ① 活性物質(zhì)的數(shù)量； ② 放電率； ③ 電解液。 黃石理 工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 放電電流直接影響放電終止電壓。在規(guī)定的放電終止電壓下，放電電流越大，蓄電池的容量越小。 使用不同成分的電解液，對蓄電池的容量和壽命有一定的影響。通常，在高溫環(huán)境下，為了提高電池容量，常在電解液中添加少量氫氧化鋰，組成混合溶液。實驗證明：每升電解液中加入 15~20g 含水氫氧化鋰，在常溫下，容量可提高 4%~5%，在 40℃ 時，容量可提高 20%。然而，電解液中鋰離子的含量過多，不僅使電解液的電阻增大，還會使殘留在正極板上的鋰 離子（ Li+）慢慢滲入晶格內(nèi)部，對正極的化學變化產(chǎn)生有害影響。 電解液的溫度對蓄電池的容量影響較大。這是因為隨著電解液溫度升高，極板活性物質(zhì)的化學反應(yīng)也逐步改善。 電解液中的有害雜質(zhì)越多，蓄電池的容量越小。主要的有害雜質(zhì)是碳酸鹽和硫酸鹽。它們