【文章內(nèi)容簡介】 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 。 氫摒化鈉或氫氧化鉀并不直接參與反應(yīng)，只起導(dǎo)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(jì)檢測充放電程度。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 充足電后，立即斷開充電電路，鎳鎘蓄電池的電動(dòng)勢可達(dá) 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(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。 當(dāng)鎳鎘蓄電池以標(biāo)準(zhǔn)放電電流放電時(shí)，平均工作電壓為 。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。 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(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。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(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%。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，對正極的化學(xué)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?yàn)殡S著電解液溫度升高，極板活性物質(zhì)的化學(xué)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。此外，碳酸根離子還能與負(fù)極板作用，生成碳酸鎘附著在負(fù)極板表面上，從而引起導(dǎo)電不良，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量下降。 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)。電池的內(nèi)阻主要由電解液的電阻決定。氫氧化鉀和氫氧化鈉溶液的電阻系數(shù)隨密度而變。 18℃ 時(shí)氫氧化鉀溶液和氫氧化鈉溶液的電阻系數(shù)最小。 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。容量效率 ηAh 和電能效率 ηWh 計(jì)算公式 如下： （ U充和 U 放應(yīng)取平均電壓） 鎳鎘電池使用過程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時(shí)，就不能放出全部電量。比如，鎳鎘電池只放出 80%的電量后就開始充電，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)。電池全部放完電后，極板上的結(jié)晶體很小。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。結(jié)晶體變大是鎳鎘電池產(chǎn)生記憶效應(yīng)的主要原因。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 廢舊汽車蓄電池對社會(huì)和環(huán)境的影響 廢舊蓄電池對環(huán)境的影響 隨著我國 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 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 廢舊 電池的平均回收率僅為 2%.雖然在干電池方面在我國政策引導(dǎo)下 ,逐漸生產(chǎn)堿性電池 ,逐步實(shí)現(xiàn)無汞化 ,對土壤不會(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 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) .。 常用的蓄電池有鉛酸蓄電池 ,鎘鎳蓄電池 ,鐵鎳蓄電池 ,金屬氧化物蓄電池 ,鋅銀蓄電池 ,鋅鎳蓄電池 ,氫鎳蓄電池 ,鋰離子蓄電池等 民用干電池是目前使用量最大、也是最分散的電池產(chǎn)品，國內(nèi)年消費(fèi) 80 億只。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。鋅錳電池、堿性鋅錳電池 、鋅銀電池一般都使用汞或汞的化合物作緩蝕劑，汞和汞的化合物是劇毒物質(zhì)。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。 蓄電池對人類身體的影響 電池中含有大量的重金屬 :汞 ,錳 ,鋅 ,鎘 ,鎳 ,鉛等 .廢電池扔土壤里 ,其中的成分就會(huì)滲透到土壤和地 下水 ,人們一旦食用受污染的土地生產(chǎn)的農(nóng)作物或是喝了受污染了的水 ,這些有毒的重金屬就會(huì)進(jìn)入人的體內(nèi) ,慢慢的沉 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 積下來 ,對人類健康造成極大的威脅 !高血鉛影響腎 ,肝 ,神經(jīng)系統(tǒng)和造血器官 ,干擾腎功能和生殖功能 ,不可逆轉(zhuǎn)地?fù)p傷大腦 .會(huì)使兒童出現(xiàn)行為問題 ,低智商和精力難以集中 .汞中毒有神經(jīng)衰弱綜合癥 ,植物神經(jīng)功能紊亂 ,以及急躁 ,易怒 ,好哭等癥狀 ,重度中毒時(shí)發(fā)生明顯的性格改變 ,情感障礙 ,智力減退 .鎳通常從飲食中攝入 ,被認(rèn)為可誘發(fā)肺癌和鼻竇癌 .鎳中毒主要引起呼吸系統(tǒng)損害 ,嚴(yán)重者神志模糊或昏迷 ,并發(fā)心肌損害 。 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。物理電池主要是指太陽能電池，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。目前，世界電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了各種電池共存的局面，各類電池的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r各不相同。下面就幾種重要的電池作一簡要介紹，以便對整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)有個(gè)感性認(rèn)識。 鉛酸蓄電池：鉛酸蓄電池是指電極由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。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。目前在各類電池中占 30%左右的比例，在二次電池中更是占到了 70%以上的市場份額。過去生產(chǎn)主要 集中在西歐、美國、日本等地區(qū)，由于競爭激烈和環(huán)保原因，近年來歐美鉛酸電池廠合并趨勢加強(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、巴西、墨西哥等國家和地區(qū)目前成為主要生產(chǎn)地。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)勢很明顯，尤其是價(jià)格方面，估計(jì)未來 35年仍然會(huì)占有很大的市場份額，尤其是在發(fā)展中國家。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。鎳鎘電池的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)實(shí)、價(jià)格便宜。 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。鎳鎘電池的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)實(shí)、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是鎘金屬對環(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。 由于鎘的毒性和鎘鎳電池的記憶效應(yīng)，余電放凈后再進(jìn)行充 電才能保持電池的充電量。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。目前，日本等發(fā)達(dá)國家出于降低成本和環(huán)?？紤]，型、 C型、 D 型電池仍為首選。 目前，日本等發(fā)達(dá)國家出于降低成本和環(huán)?？紤]，已將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到國外，我國已經(jīng)成為世界鎳鎘電池的主要生產(chǎn)基地。但由于國內(nèi)環(huán)保也在日益重視，轉(zhuǎn)移到國外，我國已經(jīng)成為世界鎳鎘電池的主要生產(chǎn)基地。但由于國內(nèi)環(huán)保也在 日益重視，國家對鎳鎘電池生產(chǎn)有很大限制，出口退稅也全部取消，市場萎縮很快，其前景不容樂觀。國家對鎳鎘電池生產(chǎn)有很大限制，出口退稅也全部取消，市場萎縮很快，其前景不容樂觀。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年代開始投放市場。鎳氫電池和鎳鎘電池外形上相似，而且鎳氫電池的正極與鎳鎘電池也基本相同，都是以氫氧化鎳為正極，主要區(qū)別在于鎳鎘電池負(fù)極板采用的是鎘活性物質(zhì)，而鎳氫電池是以高能貯氫合金為負(fù)極，因此鎳氫電池具有更大的能量。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，而不需要對設(shè)備進(jìn)行任何改造。 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、電動(dòng)工具、電動(dòng)車市場開始萎縮，主要是被錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池取代。鎳氫電池最終將被市場所淘汰。鋰離子電池：整個(gè)鋰離子電池產(chǎn) 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 業(yè)發(fā)展很快，自 1991年商業(yè)化以來，不斷蠶食鎳鎘電池和鎳氫電池的市場。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。 目前 ，鋰離子電池在整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)中是最受人矚目的，其中目前使用最廣泛的是鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池，但未來行業(yè)格局會(huì)有所變化，應(yīng)用在手機(jī)、電腦和數(shù)碼產(chǎn)品中的鈷酸鋰電池會(huì)逐漸被二元 /三元聚合物鋰電池取代，而作為高倍率動(dòng)力電池，錳酸鋰電池也將逐漸被磷酸鐵鋰電池取代。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。太陽能電池：它是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的菁膜式太陽能電池為主流，而以光 化學(xué)效應(yīng)工作的式太陽能民池則還處于萌芽階段。太陽能電池產(chǎn)業(yè)在日本、美國、德國等發(fā)達(dá)國家對光伏發(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。在各類太陽能電池中，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，未來市場份額會(huì)有所上升。 世界太陽能電池生產(chǎn)主要集中在中國、日本、德國和美國四個(gè)國家，中國成為增長最快的地區(qū)。但中國生產(chǎn)的太陽能電池 90%以上是出口的，主要是用于太陽能發(fā)電站及光伏建筑一體化，國內(nèi)市場還處于試驗(yàn)階段，但市場前景很值得期待。燃料電池：它是一種把儲存在燃 料和氧化劑中的化學(xué)能，等溫地按電化學(xué)原理轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池是由含催化劑的陽極、陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成。 燃料在陽 極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽極通過負(fù)載流向陰極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電能而驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。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