【正文】 時(shí)（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)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(dòng)勢(shì)。正極板的鉛離子（ Pb4）得到來自負(fù)極的兩個(gè)電子（ 2e）后，變成二價(jià)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）。 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 、鉛酸蓄電池充電過程的電化反應(yīng) 充電時(shí)，應(yīng)在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負(fù)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(xué)能儲(chǔ)存起來。充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會(huì)發(fā)生水的電解反應(yīng)。 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(fù)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。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(shí)）的氫氧化鉀溶液。 （ 2）正極反應(yīng) 正極板上的活性物質(zhì)是氫氧化鎳（ NiOOH）晶體。 （ 1）負(fù)極反應(yīng) 充電時(shí)負(fù)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(jìn)入溶液參與 。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(jì)檢測(cè)充放電程度。采用 8h 率放電時(shí)，蓄電池的端電壓下降到 后，電池即放完電。 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 放電電流直接影響放電終止電壓。實(shí)驗(yàn)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(shí)，容量可提高 20%。 電解液中的有害雜質(zhì)越多，蓄電池的容量越小。 鎳鎘蓄電池的內(nèi)阻與電解液的導(dǎo)電率、極板結(jié)構(gòu)及其面積有關(guān)，而電 解液的導(dǎo)電率又與密度和溫度有關(guān)。 通常鎳鎘蓄電池的內(nèi)阻可用下式計(jì)算： 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 在正常使用的條件下，鎳鎘電池的容量效率 ηAh 為 67%75%，電能效率ηWh 為 55%~65%，循環(huán)壽命約為 20xx次。電池部分放電后，氫氧化亞鎳沒有完全變?yōu)闅溲趸嚕Ｓ嗟臍溲趸瘉嗘噷⒔Y(jié)合在一起，形成較大的結(jié)晶體。主要有鋅錳和堿性鋅錳兩大系列，還有少量的鋅銀、鋰電池等品種。 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第四章 現(xiàn)代新技術(shù)在汽車廢舊汽車蓄電池的研究與應(yīng)用 汽車蓄電池的現(xiàn)狀與前景 電池是指能將化學(xué)能、內(nèi)能、光能、原子能等形式的能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。下面就幾種重要的電池作一簡(jiǎn)要介紹，以便對(duì)整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)有個(gè)感性認(rèn)識(shí)。過去生產(chǎn)主要集中在西歐、美國(guó)、日本等地區(qū)，由于競(jìng)爭(zhēng)激烈和環(huán)保原因，近年來歐美鉛酸電池廠合并趨勢(shì)加強(qiáng)，世界范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和企業(yè)整合現(xiàn)象明顯，生產(chǎn)集中度進(jìn)一步提高，中國(guó)、巴西、墨西哥等國(guó)家和地區(qū)目前成為主要生產(chǎn)地。 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 電池中發(fā)生可逆反應(yīng)，因此電池可以重新充電。由于鎘的毒性和鎘鎳電池的記憶效應(yīng)，鎳鎘電池被隨之發(fā)展起來的鎳氫電池部分取代，但在便攜式電動(dòng)工具方面，鎳鎘電池中的 SC 鎘電池被隨之發(fā)展起來的鎳氫電池部分取代，但在便攜式電動(dòng)工具方面，鎳鎘電池中的 SC 型電池仍為首選。但由于國(guó)內(nèi)環(huán)保也在日益重視，國(guó)家對(duì)鎳鎘電池生產(chǎn)有很大限制，出口退稅也全部取消，市場(chǎng)萎縮很快，其前景不容樂觀。同時(shí)鎳氫電池在電化學(xué)特性方面與鎳鎘電池亦基本相似，故鎳氫電池在使用時(shí)可完全替代鎳鎘電池，而不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行任何改造。其中聚合物鋰離子電池在安全性、體積、質(zhì)量、容量和放電性能方面均優(yōu)于液態(tài)鋰離子電池，更適合用作微型電器的電源，應(yīng)用范圍更廣。以光電效應(yīng)工作的菁膜式太陽(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的式太陽(yáng)能民池則還處于萌芽階段。但中國(guó)生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池 90%以上是出口的，主要是用于太陽(yáng)能發(fā)電站及光伏建筑一體化，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還處于試驗(yàn)階段，但市場(chǎng)前景很值得期待。燃料電池與常規(guī)電池不同在于，它工作時(shí)需要連續(xù)不 斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑通過電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放出電能；只要保持燃料供應(yīng)，電池就會(huì)不斷工作提供電能。 未來幾年，世界電池產(chǎn)業(yè)將會(huì)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢(shì)：一是在技術(shù)的推動(dòng)和市場(chǎng)拉動(dòng)下，世界電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。碳?xì)浠衔锶剂献詣?dòng)在燃料電池內(nèi)部重整 ,并迅速地在電料電池發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用 。關(guān)鍵詞 :燃料電池 。 AFC 的優(yōu)點(diǎn)在于除貴金屬外 ,銀、鎳以及一些金屬氧化物都可以作電極催化劑 ,它的陰極性能也比酸性體系要好 ,而且電池的結(jié)構(gòu)材料也較便宜。年代初開展堿性石 60棉膜型燃料電池的研究 ,1968年承擔(dān)航天用堿性石棉膜型燃料電池 的研制。 （ 2） 熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC) MCFC 的電解質(zhì)由 Li2CO3和 K2CO3組成 ,工作溫度在 650攝氏度 左右 ,陰極、陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)快 ,無需貴金屬催化劑。但 MCFC 在高溫下長(zhǎng)期工作時(shí)電解質(zhì)損失造成的電池失效、隔板腐蝕對(duì)電池壽命的影響 ,以及鎳電極緩慢溶解所造成的性能下降都是有待解決的課題。大連化學(xué)物理所從 1993年起在中科院資助下開始研制 ,自制 LiAlO2微粉制造的 MCFC 單體電池性能已達(dá)國(guó)際 80年代初的水平。 SOFC 的主要問題是固體氧化物電解質(zhì)所用的陶瓷材料脆性大 ,目前仍很難制造出大面積的固體電解質(zhì)膜 ,這嚴(yán)重制約了建造大功率 SOFC。吉林大學(xué)于 1995年在吉林省計(jì)委和國(guó)家計(jì)委的資助下進(jìn)行 SOFC的研究 ,研制成功的單體電池電壓達(dá)到 ,電流密度 400mA/cm2。熱 電聯(lián)供時(shí) ,總效率為 71%85%。 (4)滿負(fù)荷運(yùn)行可達(dá)到 40000h,電池的輸出電壓的降低不大于 10%。 ONSI 公司 1995年推出的 PC25C 型 PAFC 裝置的制造成本為 3000$/kW,而后推出的PC25D 型的成本降至 1500$/kW,體積減小 1/4,重量?jī)H為 14t。目前 PAFC 技術(shù)已公認(rèn)為可用于熱電聯(lián)供的、具有高度可靠性的發(fā)電裝置 ,特別在象醫(yī)院、監(jiān)獄、旅館等對(duì)安全供電要求特別高的場(chǎng)合有著很好的應(yīng)用前景。早在 60年代初 ,美國(guó)航空航天局曾 7次成 功地將 PEMFC 用于雙子座飛船。在美國(guó)、加拿大等國(guó)科學(xué)家們的努力下 ,PEMFC 取得了突破性進(jìn)展。不使用腐蝕性電解液 ,安全可靠 。 目前在 PEMFC 研究中存在的主要技術(shù)關(guān)鍵為 :Pt/C 催化劑的制備 :制備Pt高度分散的電催化劑是減少 Pt用量和降低電池成本的重要途徑 。氫的安全儲(chǔ)存、供給以及富氫燃料的轉(zhuǎn)化。此外該公司成功開發(fā)了以天然氣為燃料的 35kWPEMFC 熱電聯(lián)供系統(tǒng)。該電池組輸出功率為 1kV 時(shí) ,電池放電電流密度為308mA/cm2,平 均電 壓為 ,輸 出功 率為 時(shí) ,放電 電流 達(dá)到480mA/cm2,電池平均電壓達(dá) 。與國(guó)外相比 ,我國(guó)的燃料電池研究水平還比較低 ,其原因有 :70年代我國(guó)研制的航天用 AFC 與國(guó)外的差距還很小 ,但此后由于種種原因停止了對(duì)燃料電池的研究工作 ,直到 90年代初才重新開展燃料電池的研究工作 ,致使我國(guó)燃料電池的研究水平大大落后于國(guó)外 。 VRLA 電池 近年來 ,基于 CO2排放量的增加 ,導(dǎo)致氣候變暖源油價(jià)格居高不下及能源緊俏等日本早在 20xx年依據(jù)現(xiàn)狀開始構(gòu)建長(zhǎng)期的能源戰(zhàn)略 ,并起草了國(guó)家新能源戰(zhàn)略規(guī)劃到 2030年的目標(biāo)是在原有的基礎(chǔ)上再改善 30%的燃油效率目前運(yùn)輸部門對(duì)石油的依賴度為 100%,但 2030年的目標(biāo)是削減到 80%。 ． 1固化深埋、存放于廢礦井 廢電池一般都運(yùn)往專門的有毒、有害垃圾填埋場(chǎng) ，但這種做法不僅花費(fèi)太大而且還造成浪費(fèi)， 因?yàn)槠渲猩杏胁簧倏勺髟系挠杏梦镔|(zhì)。另一家工廠則是直接從電池中提取鐵元素，并將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混合物作為金屬?gòu)U料直接出售。馬格德堡這套裝置年加工能力可達(dá) 7500噸，其成本雖然比填埋方法略高，但貴重原料不致丟棄，也不會(huì)污染環(huán)境。人 們期望鉛酸蓄電池技術(shù)繼續(xù)在這種應(yīng)用中起主要作用。蓄電池監(jiān)測(cè)、蓄電池管理等系統(tǒng)會(huì)為更主動(dòng)的蓄電池運(yùn)行策略創(chuàng)造條件 ,同時(shí)改善供電系統(tǒng)的可靠性。未來車輛電力系統(tǒng)的耗電裝置越來越多 ,需要蓄電池的功率也越來越大。隨著車輛流線性和行 人碰撞保護(hù)要求的增加 ,蓄電池的外形已成為一個(gè)大問題。把蓄電池移到溫度較低的位置將使額外費(fèi)用大幅增 加 。 (2)不連續(xù)地用交流發(fā)電機(jī)的輸出匹配舒適性負(fù)載的功率消耗。一般要求富液式 SLI 蓄電池在其使用壽命終止之前得經(jīng)得起累積 Ah 轉(zhuǎn)換量等于標(biāo)稱容量 150倍的淺循環(huán)?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)車內(nèi)的蓄電池是在部分充電狀態(tài) (PSOC)下動(dòng)行的 ,在再生制動(dòng)過程中提供了重要的補(bǔ)充充電接受 (充電接受最好 ,而且在 20%～ 70%SOC 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 之間最容易控制蓄電池 )。這需要蓄電池能夠經(jīng)受住延長(zhǎng)的 PSOC操作和額外的能量流量 ,及那些類似對(duì)輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車用蓄電池要求的要求。 （ 5） 耐久性和可靠性 未來的汽車系統(tǒng)要求蓄電池具有更高的耐久性和可靠性。這種效應(yīng)會(huì)減損蓄電池的性能和壽命。因此 ,為了滿足高可靠度 ,將需要改進(jìn)蓄電池的工藝過程控制。一般在使用 3~7年后就得更換一次 SLI 蓄電池 ,然而 ,由于它們的成本很低 ,所以將會(huì)繼續(xù)用作電荷 (Ah)轉(zhuǎn)換量非臨界的汽車的主要儲(chǔ)能系統(tǒng)。電荷轉(zhuǎn)換量相當(dāng)于蓄電池的消耗量 ,但是由于一般按冷起動(dòng)規(guī)范來確定 SLI 蓄電池的大小 ,所以在不犧牲使用壽命的情況下要有一些儲(chǔ)備容量來輸出更高的電荷轉(zhuǎn)換量。矩形和螺旋卷繞式兩種極板的幾何 形狀被認(rèn)為都適合汽車應(yīng)用。 目前 ,小批量 AGM 蓄電池的零部件成本總計(jì)幾乎是 SLI 蓄電池成本的兩倍 ,從長(zhǎng)期的潛力來看 ,大批量零部件的成本會(huì)下降 20%30%。雙極性蓄電池具有以下優(yōu)點(diǎn) ,為混合動(dòng)力提 供了極好的潛力 [7].（如圖 ） 1)在雙極性結(jié)構(gòu)中 ,由于電流垂直于表面 雙極性極板的一側(cè)傳導(dǎo)到另一側(cè) ,所以原理上 無 需具有金屬板柵。當(dāng)然 ,這需要使用專用可耐高壓的吸附性玻璃纖維隔板。此外 ,圓形是一種理想的形狀 ,使電池之間有足夠空間供熱管理用。該材料可使鉛酸電池釋放出很 高的電勢(shì)。薄極板技術(shù)使得在標(biāo)準(zhǔn)尺寸內(nèi)能夠裝下更多的極板 ,使蓄電池能夠提供很大的電流。眾所周知 ,超級(jí)電容器能夠輸出和接受很高的功率 ,但是可輸出和接受的能量很低 ,所以對(duì)于 HEV 應(yīng)用 ,這種技術(shù)的最佳運(yùn)用是從再生制動(dòng)吸收高功率與為加速提供高功率。這種 系 統(tǒng) 已 于 20xx 年 由 澳 大 利 。原理上 ,在車輛制動(dòng)和加速期間 ,控制器將首先調(diào)整進(jìn)出超級(jí)電容器的功率 ,然后再調(diào)整進(jìn)出電池組的功率。因此為了延長(zhǎng)鉛酸電池的壽命 ,應(yīng)該保護(hù)負(fù)極板免于高倍率放電和充電。 EnerSys 公司的薄極板純鉛 /錫技術(shù) (TPPL)VRLA 蓄電池具有很多無與倫比的性能優(yōu)點(diǎn) ,其中包括優(yōu)良的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)能力、長(zhǎng)期的擱置壽命、持久的循環(huán)壽命和儲(chǔ)備容量。美 Firefly 能源股份有限公司開發(fā)了一種創(chuàng)新的碳 — 石墨泡沫鉛酸蓄電池。 雙極耳螺旋卷繞式閥控鉛酸 (VRLA)蓄電池能夠在部分充電狀態(tài) (PSOC)運(yùn)行條件下輸出車輛所需的高倍率性能。 3)雙極性蓄電池的內(nèi)阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單極性設(shè)計(jì)的蓄電池。然而 ,耐高溫性大概是廣泛引入 AGM 蓄電池的一個(gè)瓶頸。用于高倍率部分充電狀態(tài) (HRPSOC)運(yùn)行的 AGM 技術(shù)正在研發(fā)之中 ,此項(xiàng)工作即將取得進(jìn)一步的成果。 閥控式鉛酸蓄電池 (VRLA)比傳統(tǒng) SLI 蓄電池更能經(jīng)受高 Ah 轉(zhuǎn)換量。解決這些矛盾性目標(biāo)的唯一機(jī)會(huì)就是引入高度自動(dòng)化的、連續(xù)的、無缺陷的蓄電池制造工藝。與傳 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 統(tǒng)的起動(dòng) 照明 點(diǎn)火 (SLI)蓄電池相比 ,已經(jīng)取得或即將取得顯著的技術(shù)進(jìn)步 ,改善性能和使用壽命。蓄電池可靠性的另一方面也不應(yīng)被忽視 :蓄電池的可靠度基本上是其各個(gè)單體可靠度的積。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)高倍率放電是必需的 ,而高倍率充電與再生制動(dòng)有關(guān)。 （ 4） 儲(chǔ)備容量 未來汽車的耗油量將顯著下降 ,許多技術(shù)要求具有相當(dāng)大的瞬態(tài)電流 ,如自動(dòng)變速器控制 (VTC)或自動(dòng)轉(zhuǎn)換齒輪 (ASG),頻 繁地使用渦輪增壓機(jī)、自動(dòng)怠速停車等。如果隨加速 /減速 情況而改變電壓設(shè)定值 ,且在 PSOC 下操作蓄電池 ,那么在 14V 系統(tǒng)