【正文】 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) 。 VRLA 電池 近年來(lái) ,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%。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。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。未來(lái)車輛電力系統(tǒng)的耗電裝置越來(lái)越多 ,需要蓄電池的功率也越來(lái)越大。把蓄電池移到溫度較低的位置將使額外費(fèi)用大幅增 加 。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)。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。這種效應(yīng)會(huì)減損蓄電池的性能和壽命。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)。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。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(wú) 需具有金屬板柵。 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(lái)看 ,大批量零部件的成本會(huì)下降 20%30%。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(lái)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(lái)輸出更高的電荷轉(zhuǎn)換量。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。 （ 5） 耐久性和可靠性 未來(lái)的汽車系統(tǒng)要求蓄電池具有更高的耐久性和可靠性。混合動(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 )。 (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。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。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。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。 ． 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)。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 。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)。 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 。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。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。 (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%。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。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。 （ 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(wú)需貴金屬催化劑。 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。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 。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。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。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。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(lái)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(lái)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。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(lái)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） 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。電池部分放電后，氫氧化亞鎳沒有完全變?yōu)闅溲趸?，剩余的氫氧化亞鎳將結(jié)合在一起，形 成較大的結(jié)晶體。 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)。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%。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。 （ 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 。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。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)。正極板的鉛離子（ Pb4）得到來(lái)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）。 科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和管理水平提高將促進(jìn)鉛蓄電池生產(chǎn)和再生鉛過程的鉛污染實(shí) 現(xiàn)可控 、 可治 ， 污染風(fēng)險(xiǎn)減小 。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的 研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料?，F(xiàn)狀 。發(fā)展趨勢(shì) 。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 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(jìn)入新技術(shù)時(shí)代 ， 其比能量和比功率將大幅度提高循環(huán)壽命延長(zhǎng) ， 未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)鉛蓄電池仍將在起動(dòng)儲(chǔ)能動(dòng)力等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。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。 、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(shí)，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降。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）。 (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(gè)二價(jià)鎳離子各失去一個(gè)電子生成三價(jià)鎳離子，同時(shí)，晶格中兩個(gè)氫氧根離子各釋放出一個(gè)氫離子，將氧負(fù)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。 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(shí)，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(shí)間的乘積來(lái)表示 。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(huì)使殘留在正極板上的鋰離子（ Li+）慢慢滲入晶格內(nèi)部，對(duì)正極的化學(xué)變化產(chǎn)生有害影響。電池的內(nèi)阻主要由電解液的電阻決定。結(jié)晶體變大是鎳鎘電池產(chǎn)生記憶效應(yīng)的主要原因。電池的種類很多，分類方法也很復(fù)雜，一般可分為化學(xué)電池與物理電池。鉛酸電池除了存在污染、循環(huán)壽命短等問題，別的方面優(yōu)勢(shì)很明顯，尤其是價(jià)格方面，估計(jì)未來(lái) 35年仍然會(huì)占有很大的市場(chǎng)份額，尤其是在發(fā)展中國(guó)家。目前，日本等發(fā)達(dá)國(guó)家出于降低成本和環(huán)保考慮，型、 C型、 D 型電池仍為首選。 由于鎳氫電池缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴，性能比鋰電池要差，在移動(dòng)電話、筆記本電腦等領(lǐng)域被鈷酸鋰等鋰電池取代，作為動(dòng)力電池在便攜式電器市場(chǎng)、電動(dòng)工具、電動(dòng)車市場(chǎng)開始萎縮，主要是被錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池取代。太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)在日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行政策性補(bǔ)貼的刺激下，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速增長(zhǎng)。 燃料電池在航空航天和軍事方面得到較好的應(yīng)用，但是受技術(shù)和成本的限制，尚未達(dá)到普遍的民用商業(yè)化程度。 各種類型燃料電池 (堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、磷酸燃料電池及質(zhì)子交換膜燃料電池 )的技術(shù)進(jìn)展、電池性能及其特點(diǎn)。缺點(diǎn)在于對(duì) CO2和 N2十分敏感 ,故不適用于地面。由于在較高溫度工作 ,可以對(duì) 天然氣、煤炭氣化燃料進(jìn)行 內(nèi)部重整 ,直接 加以利用。 （ 3） 固體氧化物燃料電池 (SOFC) SOFC 工作溫度高達(dá) 1000攝氏度 ,反應(yīng)速度快 ,不需要貴重金屬做催化劑 , 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 不存在電解質(zhì)腐蝕金極上被氧化 ,燃料中雜質(zhì)對(duì)電池的性能、壽命影響均很小。 （ 4） 磷酸燃料電池 (PAFC) 磷酸燃料電池采用 H3PO4液體做電解質(zhì) ,發(fā)電效率為 35%43%,工作溫度180攝氏度 由于工作溫度降低 ,反應(yīng)速度慢 ,因此需要使用貴重金屬 Pt做催化劑。(5)裝置緊湊 ,檢修空間小 ,維修困難。而在國(guó)內(nèi)PAFC 的研究工作目前尚處于空白狀態(tài)。質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC)由若干單電池串聯(lián)而成。電極、膜三合一制備工藝 :電極與膜采用熱壓合減小接 觸電阻 ,電極內(nèi)全氟磺酸樹脂與膜熔合 ,提供 H+通道 ,提高 Pt 利用率 。大連化學(xué)物理所從 1994年起 ,開始 PEMFC 的電極研究工作 ,現(xiàn)已成功地將電極 Pt 含量降至 ?，F(xiàn)在對(duì)燃料電池的研究的投入還不夠 ,大多僅依靠國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)的少量資助。 ． 2回收利用 （ 1）熱處理 瑞士有兩家專門加工利用舊電池的工廠，巴特列克公司采取的方法是將舊電池磨碎后送往爐內(nèi)加熱，這時(shí)可提取揮發(fā)出的汞，溫度更高時(shí)鋅也蒸發(fā)，它同樣是貴重金屬。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 （ 3）真空熱處理法 德國(guó)阿 爾特公司研制的真空熱處理法還要便宜，不過這首先需要在廢電池中分揀出鎳鎘電池，廢電池在真空中加熱，其中汞迅速蒸發(fā)，即可將其回收，然后將剩余原料磨碎，用磁體提取金屬鐵，再?gòu)挠嘞路勰┲刑崛℃嚭湾i。在一只鉛酸蓄電池?zé)o法單獨(dú)滿足不斷提高的要求的情況下 ,雙儲(chǔ)能系統(tǒng)有可能提供車輛所需的功率。一方面要求減小外形尺寸 ,而另一方面又要保持性能不變。例如在怠速期間 ,蓄電池可能得供應(yīng)全部的負(fù)載電流達(dá)到一個(gè)相當(dāng)大的百分?jǐn)?shù)。對(duì)比起來(lái) ,傳統(tǒng)的 12V 汽車蓄電池是在交流發(fā)電機(jī)輸出電壓下連續(xù)充電的 ,從而在其補(bǔ)充充電接受為極限的高充電狀態(tài) (SOC)下運(yùn)行。在 42V 動(dòng)力系統(tǒng)中 ,蓄電池必須以高倍率提供大量淺充放電循環(huán)。 人們預(yù)料鉛酸蓄電池技術(shù)會(huì)繼續(xù)在汽車應(yīng)用領(lǐng)域保持重要的作用。用比優(yōu)化 AGM 蓄電池的成本低的成本來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化富液式汽車蓄電池的淺循環(huán)壽命似乎是可能的。由于在蓄電池 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 的壽命期內(nèi)每電荷 流量的成本勝過 SLI 蓄電池 ,AGM 蓄電池具有很好的潛力