中级通信设备环境知识点精讲之铅酸蓄电池的工作原理

       下面是由希赛小编整理的中级通信设备环境知识点精讲之铅酸蓄电池的工作原理，希望能帮助学友们。具体内容如下：

       铅酸蓄电池的工作原理

       蓄电池是一种化学电源，构造形式各式各样，但从原理上讲所有的电池都是由正极、负极、电解质、隔离物和容器组成，其中正负两极的活性物质和电解质起电化反应，对电池产生电流起着主要作用。

       在电池内部，正极和负极通过电解质构成电池的内电路，在电池外部接通两极的导线和负荷构成电池的外电路。

       在电极和电解液的接触面有电极电位产生，不同的两极活性物质产生不同的电极电位，有着较高电位的电极称为正极，有着较低电位的电极称为负极，这样在正负极之间产生了电位差。当外电路接通时，就有电流从正极绿过外电路流向负极。再由负极经过内电路流向正极，电池向外电路输送电流的过程称为电池的放电。

       在放电过程中，两极活性物质逐渐消耗，负极活性物质放出电子而被氧化，正极活性物质吸收从外电路流回的电子而被还原，这样负极电位逐渐升高。正极电位逐渐降低，两极间的电位差也就逐渐降低，而且由于电化反应形成新的化合物增加了电池的内阻，使电池输出电流逐渐减少，直至不能满足使用要求时，或在外电路两电极之间端电压低于一定限度时，电池放电即告终。

       电池放电以后，用外来直流电源以适当的反向电流通入，可以使已形成的新化合物还原成为原来的活性物质，而电池又能放电，这种用反向电流使活性物质还原的过程称为充电。

       蓄电池可以反复多次充电、放电，循环使用，使用寿命长，成本较低，能输出较大的能量，放电时电压下降很慢。

       1.电动势的产生

       铅蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质是海绵状铅。在稀硫酸溶液中，由于电化学作用，正负极板与电解液之间分别产生了电极电位，正负两极间电位差就是蓄电池的电动势。

       负极板上的海绵状金属铅是由二价铅离子(Pb2+)和电子组成的。稀硫酸在水中被电离为氢离子(H+)和硫酸根离子(S042-)。负极板浸入稀硫酸溶液后，二价铅离于进入溶液，在极板上留下能够自由移动的电子，因而负极板带负电，即产生了电极电位。

       同样，正极板上的二氧化铅也与稀硫酸作用，产生的四价铅正离子(Pt)留在极板上，使正极板带正电，也产生了电极电位。这样，在电池的正负两极上便产生了电动势。

       2.放电过程

       (1)负极

       放电过程中，负极的铅原子失去两个电子，变成二价铅正离子。电解液中的硫酸分子(H2S04)离解为两个氢离子(H+)和一个硫酸根离子(S042_)。此时二价铅正离子(Pb2+)与一个硫酸根离子结合成硫酸铅(PbS04)分子，附着在负极板上。两个氢离子留在电解液中，参加正极化学反应。负极板失去的电子将通过外电路流入正极。反应式如下：

       (2)正极

       放电开始后，正极上的二氧化铅与电解液中的水分子作用，生成四价铅离子(Pb4>)和四个氢氧根离子(0H)。每个四价铅离子接受负极传来的两个电子后生成Pb2’再进入溶液与硫酸根(SO-2)结合成硫酸铅分子(PbS04)附在正极上，氢氧根离子(OH-)与溶液中氢离子(H+)反应生成水分子。反应式如下：

       以上两式相加，就得到铅蓄电池放电过程中的总反应方程式：

       从化学反应式可看出，铅蓄电池在放电过程中，正负极板上的活性物质都变成了硫酸铅。电解液中的硫酸不断消耗，水分子不断生成，因此，电解液的密度逐渐降低。电解液密度可作为放电终了的标志。

       3.充电过程

       充电时，外接直流电源的正极与负极分别接蓄电池的正极与负极。当外加电压高P蓄电池的电动势时，电子从蓄电池的正极流向负极，从而发生与放电时相反的电化学反应。

       (1)负极

       蓄电池充电时，负极上的硫酸铅电离为二价铅离子(Pb2+)和硫酸根离子(so42-)。二价铅离子得到两个电子后，还原为海绵状铅，硫酸根离子和电解液中的水分子离解出来的氢离子(H+)结合为硫酸分子(H2S04)。反应式如下：

       (2)正极

       正极上的硫酸铅电离为二价铅离子和硫酸根离子。二价铅离了从外接电源强行夺去两个电子后，成为四价铅离子(Pb4+)，四价铅离子与水分子反应，生成二氧化铅沉积到正极板上。反应式如下：

       以上两式相加，可得到铅蓄电池充电时的电化学反应方程式：

       可以看出，正负极板上的硫酸铅分别变成二氧化铅和海绵状铅，电解液中的水分子不断消耗，硫酸分子不断生成，电解液密度不断升高。因此，电解液密度可以作为充电终了的标志。

       蓄电池两极板上的活性物质完全恢复后，若再继续充电，则充电电流主要用于分解水。这种反应在充电初期很微弱，但当单体电池端电压达到2.3V后逐渐增强，过去一般把“2.3V”称作“发气点”.莆电池在充电过程中产生的气体主要是氧气和氧其中，负极板上有大里氢气冒出，正极板上有大量氧气冒出。其化学反应方程式如下：

       水的分解不仅使电解液减少，而且浪费电能，同时激烈气泡的冲击能够加速活性物质脱落，使蓄电池寿命缩短。因此，充电后期必须减小充电电流，减缓冒气的剧烈程度，以延长电池的寿命。

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