【正文】 難以被其他新型電池替代 。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)勢(shì)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。同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場(chǎng)的作用下分別移向電池的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。在負(fù)極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子（ Pb2）和硫酸根負(fù)離 （ SO42）由于負(fù)極不斷從外電源獲得電子，則負(fù)極板附近游離的二價(jià)鉛離子（ Pb2）被中和為鉛（ Pb），并以絨狀鉛附著在負(fù)極板上。從上面可以看出，鉛酸蓄電池充電時(shí)，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，使用密度為 ～ （ 15℃ 時(shí)）的氫氧化鉀溶液。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變 為氫氧化鎳〔 NiOOH〕，負(fù)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?，?fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。與此同時(shí)，溶液中每?jī)蓚€(gè)水分子電離出的兩個(gè)氫離子進(jìn)入正極板，與晶格上的兩個(gè)氧負(fù)離子結(jié)合，生成兩個(gè)氫氧根離子，然后與晶格上原有的 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 兩個(gè)氫氧根離子一起，與兩個(gè)二價(jià)鎳離子生成兩個(gè)氫氧化亞鎳晶體。然后，兩個(gè)三價(jià)鎳離子與兩個(gè)氧負(fù)離子和剩下的二個(gè)氫氧根離子結(jié)合，生成兩個(gè)氫氧化鎳晶體： 即得鎳鎘蓄電池充電時(shí)的電化學(xué)反應(yīng)： 蓄電池充電終了時(shí)，充電電流將使電池內(nèi)發(fā)生分解水的反應(yīng)，在正、負(fù)極板上將分 別有大量氧氣和氫氣析出 。 鎳鎘蓄電池的端電壓隨充放電過(guò)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(shí)，電池的端電壓比放電時(shí)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。 表示式如下： Q=I 使用不同成分的電解液，對(duì)蓄電池的容量和壽命有一定的影響。 電解液的溫度對(duì)蓄電池的容量影響較大。它們能使電 解液的電阻增大，并且低溫時(shí)容易結(jié)晶，堵塞極板微孔，使蓄電池容量顯著下降。氫氧化鉀和氫氧化鈉溶液的電阻系數(shù)隨密度而變。比如，鎳鎘電池只放出 80%的電量后就開(kāi)始充電，充足電后，該電池也只能放出 80%的電量，這種現(xiàn)象稱為記憶效應(yīng)。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 廢舊汽車蓄電池對(duì)社會(huì)和環(huán)境的影響 廢舊蓄電池對(duì)環(huán)境的影響 隨著我國(guó) 社會(huì) 經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 ,琳瑯滿目的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的身邊 .在人類享受現(xiàn)代物質(zhì)文明的同時(shí) ,我們不應(yīng)該忽視其對(duì) 環(huán)境 產(chǎn)生的負(fù)面影響 .據(jù)資料摘一粒紐扣大的電池放在水里 ,會(huì)污染 60萬(wàn)升的水 .這是一個(gè)人一生飲用水的總量 .放入土壤里 ,會(huì)使 1平方米的土地失去使用價(jià)值 .而一個(gè)大塊頭的 蓄電池 被隨意遺棄將會(huì)產(chǎn)生怎樣的污染則不言而喻 .隨著我國(guó)電器產(chǎn)品的增多 ,蓄電池 的報(bào)廢量正在逐年 增加 ,但統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明 ,我國(guó) 廢舊 電池的平均回收率僅為 2%.雖然在干電池方面在我國(guó)政策引導(dǎo)下 ,逐漸生產(chǎn)堿性電池 ,逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)汞化 ,對(duì)土壤不會(huì)造成污染 和 危害 ,不需要特別回收 ,可以同普通生活垃圾一起處理 .而對(duì) 廢舊 手機(jī)電池 和廢舊 電動(dòng)自行車 蓄電池 的處理還處于一個(gè)盲區(qū) .。廢電池作為生活垃圾進(jìn)行焚燒處理時(shí)，廢電池中的 Hg、 Cd、 Pb、 Zn 等重金屬一部分在高溫下排人大氣，一部分成為灰渣，產(chǎn)生二次污染。物理電池主要是指太陽(yáng)能電池，化學(xué)電池分一次電池和二次電池，一次電池有普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋰 錳電池、鋅 空氣電池、一次鋅銀電池和鋅汞電池，二次電池包括鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸蓄電池、鋰離子電池（鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池以及鎳錳、鎳鈷、鎳錳鈷聚合物鋰電池），此外還有燃料電池、 核電池等新型電池。它是目前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有電壓平穩(wěn)、安全可靠、價(jià)格低廉、適用范圍廣、原材料豐富和回收再生利用率高等優(yōu)點(diǎn)，是世界上各類電池中產(chǎn)量最大、用途最廣的一種電池。鎳鎘電池：它是由兩個(gè)極板組成，一個(gè)是用鎳做的，另一個(gè)是鎘做的，鎳鎘電池：它是由兩個(gè)極板組成，一個(gè)是用鎳做的，另一個(gè)是鎘做的，這兩種金屬在電池中發(fā)生可逆反應(yīng)，因此電池可以重新充 電。缺點(diǎn)是鎘金屬對(duì)環(huán)境有污染，電池容量小，壽命短，所以鎳鎘電池是最低檔的電池是最低檔的電池，是鎘金屬對(duì)環(huán)境有污染，電池容量小，壽命短，所以鎳鎘電池是最低檔的電池，有記憶效每次充電都須先放電，否則它的記憶功能將大大降低手機(jī)的充電量， 應(yīng) 每次充電都須先放電，否則它的記憶功能將大大降低手機(jī)的充電量，只有將電池中的余電放凈后再進(jìn)行充電才能保持電池的充電量。 目前，日本等發(fā)達(dá)國(guó)家出于降低成本和環(huán)?？紤]，已將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到國(guó)外，我國(guó)已經(jīng)成為世界鎳鎘電池的主要生產(chǎn)基地。鎳氫電池：鎳氫電池是早期的鎳鎘電池的替代產(chǎn)品，從 20世紀(jì) 90年代開(kāi)始投放市場(chǎng)。鎳氫電池最終將被市場(chǎng)所淘汰。由于鋰離子電池技術(shù)發(fā)展速度迅猛，很多電池只能僅僅作為過(guò)渡電池（不能完全消除安全隱患），只有聚合物鋰電池和磷酸鐵鋰電池代表了鋰離子電池發(fā)展的方向。在各類太陽(yáng)能電池中，晶硅電池占據(jù) 80%以上的比重，其在性能上優(yōu)于薄膜電池，但薄膜電池在價(jià)格上具備一定的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)市場(chǎng)份額會(huì)有所上升。燃料電池是由含催化劑的陽(yáng)極、陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成。世界各國(guó)政府和大企業(yè)都十分重視燃料電池的 發(fā)展，美國(guó)、日本、歐洲共同體等國(guó)家和他們的大企業(yè)都投入了巨資來(lái)推動(dòng)燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。三是一次電池和儲(chǔ)備電池產(chǎn)業(yè)將 穩(wěn)中有升；鉛酸電池產(chǎn)業(yè)將穩(wěn)步增長(zhǎng)；鎳鎘、鎳氫電池產(chǎn)業(yè)將逐步被鎳氫或鋰離子電池取代；鋰離子電池產(chǎn)業(yè)仍將高速增長(zhǎng)，尤其是二元 /三元聚合物鋰電池和磷酸鐵鋰電池將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的高潮；太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)短期受金融風(fēng)暴影響，但長(zhǎng)期仍將保持增長(zhǎng)，其中薄膜電池優(yōu)勢(shì)將日益凸顯并會(huì)壓縮硅基電池的市場(chǎng)份額；燃料電池使用成本過(guò)高，技術(shù)還有待進(jìn)一步提高，短期內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其中著重介紹了當(dāng)今國(guó)際上應(yīng)用較廣泛、技術(shù)較為成熟的磷酸燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池燃料電池有多種類型 ,按使用的電解質(zhì)不同來(lái)分類 ,主要有堿性燃料電池 (AFC)、熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC)、固體氧化物燃料電池 (SOFC)、磷酸 燃料電池 (PAFC)及質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC)等。在國(guó)外 ,將 AFC用于潛艇及汽車的嘗試已不再繼續(xù) ,目前 AFC主要用作短期飛船和航天飛機(jī)的電源。 70年代初承擔(dān)了航天用堿性石棉膜型燃料電池的研制 ,研制成兩種類型的電池。不需要復(fù)雜昂貴的外重整設(shè)備。日本熔融碳酸鹽研究協(xié)會(huì)在日本月光計(jì)劃和新日光計(jì)劃的支持下 ,一個(gè) 1000kW 系統(tǒng)正在組裝以評(píng)價(jià)此技術(shù)。其燃料轉(zhuǎn)換效率高 ,高溫余熱可很好利用 ,從而提高燃料的總利用效率。美國(guó)、丹麥、荷蘭、日本等國(guó)都很重視 SOFC,其中美國(guó)西屋 (Westinghouse)公司的研究工作較為突出 ,研制的 25kW 的 SOFC 電池組已經(jīng)通過(guò)了長(zhǎng)期示范試驗(yàn) ,建造在荷蘭的 100kW 示范裝置也已于 1997年啟用 ,250kW 至 7MW 發(fā)電裝置的建設(shè)正規(guī)劃中。 PAFC 基本元件有陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì) ,單電池之間由隔板連接。 (3)隨著技術(shù)不斷改進(jìn) ,PAFC 電站 ,特別是 50kW 和 200kW 電站 ,其無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不斷加長(zhǎng)。 (6)PAFC 電站可以使用各種氣態(tài)或液態(tài)燃料 ,主要是使用天然氣或液 化天然氣 ,也可以使用液化石油氣、甲醇、煤油、沼氣等。美國(guó)最早在 60年代后期就開(kāi)始對(duì) PAFC 進(jìn)行評(píng)價(jià)研究 ,是最早發(fā)展 PAFC電站技術(shù)的國(guó)家 ,而日本是 PAFC電站技術(shù)發(fā)展最快的國(guó)家 ,它僅用 10~15a 時(shí)間就與美國(guó)并駕齊驅(qū)。 （ 5） 質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) PEMFC 是繼 AFC、 PAFC、 MCFC、 SOFC 之后迅猛發(fā)展起來(lái)的溫度最低、比能最高、啟動(dòng)最快、壽命最長(zhǎng)、應(yīng)用最廣的新一代燃料電池。雖以后采用全氟磺酸膜 (Nafion),解決了電池壽命和水污染的問(wèn)題 ,但仍讓位于堿性燃料電池 (AFC),導(dǎo)致其研究長(zhǎng)時(shí)間處于低谷。單電池由表面涂有催化劑的多孔陽(yáng)極、多孔陰極和置于其間的固體聚合 物電解質(zhì)構(gòu)成 ,PEMFC 之所以成為當(dāng)前國(guó)際上燃料電池研制、開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn) ,是基于以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn) :工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,開(kāi)發(fā)投入相對(duì)較少 。比功率高 ,特別適用于軍用或民用的可移動(dòng)電源及電動(dòng)車輛 。電極擴(kuò)散層的制備工藝 。目前 PEMFC本體技術(shù)已趨于成熟 ,其關(guān)鍵部分 )))質(zhì)子交換膜已達(dá)到商品化階段。采用自制電極與 Nafion112膜組裝的單電池性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于美國(guó) E2TEK 公司的電極 Pt 催 劑。 我國(guó)的燃料電池技術(shù)目前燃料電池雖然由于成本昂貴、技術(shù)尚未完全成熟而無(wú)法得以廣泛應(yīng)用 ,但以其具清潔、高效、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)必將擁有廣泛的應(yīng)用前景。 基十近幾年來(lái) CO2,排放量的增加 ,導(dǎo)致氣候變暖 ,日本政府開(kāi)始構(gòu)建 近期的戰(zhàn)略計(jì)劃 ,增加混合電動(dòng)汽車千占潔柴油年 插電式混合電動(dòng)汽車等項(xiàng)目的 開(kāi) 發(fā) 。 20xx年一 20xx年逐漸完善嚴(yán)格限制汽體排放污染環(huán)境汽車生產(chǎn)廠家針對(duì)怠速停行車混合動(dòng)力汽車高電壓 (42V)系統(tǒng)車等環(huán)保車型加大了開(kāi)發(fā)力度 .日本 開(kāi)發(fā)研制出汽車用卷繞式結(jié)構(gòu)的高性能鉛蓄電池從對(duì)蓄電池大功率輸出輸人性能強(qiáng)烈要求的角度及優(yōu)于傳統(tǒng)電池的觀點(diǎn)出發(fā) ,研發(fā)了新型鉛蓄電池 ,卷繞結(jié)構(gòu)高性能鉛蓄電池研究的主要為低電阻新品電池正極板負(fù)極板均為低電阻的薄型大面積極板隔板采用薄型貧液式 ,同時(shí)研討了可提高抗張強(qiáng)度及耐浸透短路性能 。鐵和錳熔合后成為煉鋼所需的錳鐵合金。 （ 2）“濕處理” 馬格德堡近郊區(qū)正在興建一個(gè)“濕處理”裝置，在這里除鉛蓄電池外，各類電池均溶解于硫酸，然后借助離子樹(shù)脂從溶液中提取各種金屬，用這種方式獲得的原料比熱處理方法純凈，因此在市場(chǎng)上售價(jià)更高，而且電池中包含的各種物質(zhì)有 95%都能提取出來(lái)。這種加工一噸廢電池的成本不到 1500馬克（按匯率為 ，約合7072元人民幣）！ 未來(lái)的汽車用鉛酸蓄電池 燃料經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、性能、安全和舒適等特性將促使許多新型電系統(tǒng)產(chǎn)生。車內(nèi)儲(chǔ)能裝置的系統(tǒng)集成化將變得越來(lái)越重要。 汽車蓄電池 是汽車上的儲(chǔ)能裝置。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 （ 1） “SLI” 和封裝 汽車蓄電池還要具有 傳統(tǒng) 的起動(dòng) 照明 點(diǎn)火 (SLI)功能 ,同時(shí)還要考慮封裝。如果蓄電池被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi) ,蓄電池就得耐高溫 ,一般溫度約為 70℃ 或更高。 (1)數(shù)量越來(lái)越多的電子控制元件 (ECO)要在切斷期間利用電流 ,一般在現(xiàn)代的高級(jí)轎車?yán)镉?0個(gè)以上的 ECO,由于零部件缺陷、軟件試驗(yàn)不充分或意 想不到的相互作用等緣故有可能會(huì)增加所用的電流。在上述兩種情況下 ,充放電循環(huán)一般非常淺 (放電深度 (DOD)10%),但是在幾年內(nèi)累積的Ah 轉(zhuǎn)換量可能是相當(dāng)大的。 （ 3） 充電接受 充電接受 ,特別是在低溫下 ,是一種確定電源系統(tǒng)充電均衡的蓄電池要求。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)內(nèi)起動(dòng)發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)或許能提供有限的再生功率。 （ 4） 儲(chǔ)備容量 未來(lái)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。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)。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。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。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(wú)缺陷的蓄電池制造工藝。 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。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。然而 ,耐高溫性大概是廣泛引入 AGM 蓄電池的一個(gè)