【正文】 。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。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 。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。 未來(lái)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)。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。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(guò)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。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。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。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。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。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。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。鎳氫電 池最終將被市場(chǎng)所淘汰。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。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)。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(lè)觀。 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。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。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。 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：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。過(guò)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。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。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)。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。 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(chē)廢舊汽車(chē)蓄電池的研究與應(yīng)用 汽車(chē)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。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。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） 9 第三章 廢舊汽車(chē)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(chē) 蓄電池 的處理還處于一個(gè)盲區(qū) .。電池部分放電后，氫氧化亞鎳沒(méi)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。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)。 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。氫氧化鉀和氫氧化鈉溶液的電阻系數(shù)隨密度而變。 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)。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。 電解液中的有害雜質(zhì)越多，蓄電池的容量越小。 電解液的溫度對(duì)蓄電池的容量影響較大。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%。 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。 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。 表示式如下： Q=I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。 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。從電池反應(yīng)來(lái)看，充電過(guò)程中生成水分子，放電過(guò)程中消耗水分子，因此充、放電過(guò)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。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 。 （ 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 。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。 （ 2）正極反應(yīng) 正極板上的活性物質(zhì)是氫氧化鎳（ NiOOH）晶體。 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?yōu)闅溲趸嚒?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)闅溲趸瘉嗘嚕?fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。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。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。 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。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。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)。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。 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(guò)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(lái)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(lái)。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。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）。同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。 可見(jiàn)，在未接通外電路時(shí)（電池開(kāi)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)。 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第二章 汽車(chē)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。 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(guò)程的鉛污染實(shí) 現(xiàn)可控 、 可治 ， 污染風(fēng)險(xiǎn)減小 。 鉛蓄電池目前仍是 化學(xué)電池中市場(chǎng)份額最大 、 使用范圍最廣的電池 ， 銷(xiāo)售額居二次電池之首 ， 特別在起動(dòng)和大型儲(chǔ)能等應(yīng)用領(lǐng)域較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi) 尚難以被其他新型電池替代 。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(jì)方案以及 對(duì)其進(jìn)行分析。 future battery 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目錄 第一章概述 ...............................................................................................................................................................1