Q-Batteries铅酸电池，说明与应用

Q-Batteries铅酸电池

铅酸电池是二次（可充电）电池，由外壳、两块铅板或板组、一个作为正极、另一个作为负极以及37%的硫酸（H₂SO₄）作为电解液组成。

世界上大多数铅酸电池是汽车启动、照明和点火（SLI）电池，1999年估计发货量为3.2亿只。1992年，约有300万吨铅用于制造电池。铅酸电池的应用工业领域包括为采矿车辆、叉车提供牵引动力，以及作为铁路和电信的紧急备用电源存储和信号站的固定电源。

铅酸电池

铅酸电池是二次（可充电）电池，由外壳、两块铅板或板组、一块作为正极、一块作为负极，以及37%的硫酸（H₂SO₄）作为电解液组成。电池中使用液体电解液，且在未密封的容器中，因此需要保持直立，并确保在过充电时产生的氢气能够安全散逸。铅酸电池通常具有85%的库仑效率和约70%的能量效率。

铅和二氧化铅是电池板上的活性材料， 它们与电解液中的硫酸反应生成硫酸铅。硫酸铅最初以细小的非晶态形成，并且当电池再充电时，容易恢复为铅、二氧化铅和硫酸。

Q-Batteries铅酸电池的重量与其所能提供的电能不成比例。其低制造成本和高峰值电流使其在容量（约10 Ah以上）比重量和处理问题更重要的场合中很常见。这种电池化学的缺点是与其它电池系统相比，它对深度放电非常敏感，并且由于铅的高密度，电池的特定能量相当低。

世界上大多数铅酸电池用于汽车的起动、照明和点火（SLI）电池，1999年估计发货量为3.2亿只。1992年，约有300万吨铅用于制造电池。铅酸电池的应用工业领域包括为矿车、叉车提供牵引动力，以及作为铁路和电信的紧急备用电源存储和信号站的静态电源。

铅酸电池的组成

一个Q-Batteries铅酸电池由一个由海绵状或多孔铅制成的负电极组成。铅是多孔的，以便于铅的形成和溶解。正电极由氧化铅组成。两个电极都浸泡在硫酸和水的电解液中。如果电极通过电池的物理移动或电极厚度的变化而相互接触，一个电绝缘但化学渗透的膜将两个电极分开。这个膜也防止通过电解液的电气短路。单个电池的标称电压约为2V，但电压在大约1.75 V到2.4V之间变化，具体取决于SoC以及充电或放电电流。铅酸电池可以短时间内提供高电流，并且具有高功率密度。 

铅酸电池可以实现相当长的使用寿命，达到几年。然而，电压调节在这里至关重要。特别是在汽车中作为启动电池，这往往不够准确，因此典型的使用时间只有2到4年。驱动电池或储能电池的使用寿命可以在5到15年之间，具体取决于质量和应力。但是这些电池与汽车电池有很大的不同。当铅酸电池的容量和尺寸相同，但重量不同，较重的电池通常更耐用，因为铅框架更坚固。新的电池功率不受此影响，因为较弱的铅结构也可以设计有大的活性表面。铅酸电池的衰老主要是由于电极铅结构的内部腐蚀。形成细短路，以及铅的硫化。

Q-Batteries铅酸蓄电池的类型

我们可以找到两大类铅酸电池：

• VLA电池（有通风口的铅酸电池）是一种充满液体电解质的铅酸电池，其中电极浸没在过量的液体电解质中。在有通风口的铅酸电池（VLA）中，分为3组：
  • 牵引或深循环：这些类型的电池被设计用于在长时间内产生恒定且小的放电。它们由于循环而退化的情况要少得多，并且需要用于电池定期放电的应用，例如光伏系统和电动汽车。
  • SLI电池：术语SLI指的是启动、照明和点火。SLI电池设计用于在短时间内提供最大电流，保持电压恒定，因此它们具有非常低的内阻。这些电池在浅循环条件下有良好的使用寿命，但在深循环下（大约12-15次循环）的使用寿命非常差。
• VRLA电池（阀控式铅酸电池）是密封的或通过阀门调节，其中电解液固定在吸水隔板或凝胶中。VRLA电池有两大主要类型：
  • 吸收玻璃垫 (AGM)。AGM 铅酸电池是一种阀控式铅酸（VRLA）电池，其电解液中具有小气道。吸收玻璃垫电池铅酸电池是广泛应用于这些应用的铅酸技术之一，因为它比常规漫流和免维护型铅酸电池具有更高的功率和能量密度以及更长的循环寿命。
  • 凝胶电池 (凝胶电池)。现代凝胶电池是一种阀控式铅酸电池，其电解质是凝胶状的。凝胶电池减少了电解质的蒸发和 泄漏（以及随后的腐蚀问题），并且具有更强的抗冲击和振动能力。

Q-Batteries铅酸电池的化学原理 – 其工作原理

Q-Batteries铅酸电池的工作原理可以通过充电和放电期间发生的化学过程来说明。在放电期间，这个过程

铅 + 硫酸₄^2-→ 铅硫酸₄ + 2e^–

在阳极发生。铅与电解质氧化生成硫酸铅，释放出两个电子。在阴极也生成硫酸铅：

PbO₂ + SO₄^2- + 4H⁺ +2e^–→ PbSO₄ + 2H₂O

但在这个反应中，氧化铅被还原。形成的硫酸铅沉积在电极上，也在一定程度上沉积在壳体的底部。由于在放电过程中使用了硫酸，可以通过测量电解液的密度来确定SoC。

在充电过程中，这些过程以相反的方向进行，使得在放电过程中形成的铅硫酸盐被氧化成铅和还原铅氧化物。如果铅硫酸盐被完全消耗，并且变化过程没有停止，电解质的电解开始。使用高充电电压过充电会通过电解水生成氧气和氢气，这些气体气泡出来并损失。密封电池在通风口上方有催化剂（如Pd、Pt），在那里过氧化氢气体可以重新结合成水。

由此可以从前电池系列中确定电池的电动势。

氧化还原反应的总电压是：

E⁰ = 1.68V – ( – 0.36V) = 2.04V。

 

铅酸电池的优缺点

优点：

铅酸电池的重量与其所能提供的电能不成比例。其低制造成本和高脉冲电流使其在容量（约10 Ah以上）比重量和处理问题更重要的地方很常见。 

与现代可充电电池相比，铅酸电池的能源密度相对较低。尽管如此，它们能够提供高脉冲电流的能力意味着这些电池单元具有相对较大的功率重量比。它已经成为汽车工业的标准电池，并且在汽车中作为启动、照明和点火（SLI）的电源广泛使用，能够在需要时提供非常高的峰值电流（大约450安培）。

缺点：

这种电池化学的缺点是与其他电池系统相比，它对深度放电非常敏感，而且由于铅的密度很高，电池的比能量相当低。给铅酸电池系统充电很慢，完全充电可能需要长达16小时。它还需要一个电流和电压限制算法，因此限制了充电电流和功率。如果充电电流过高，会导致硫化，这可能会降低电池的性能和循环寿命。此外，充电电压必须受到调节，因为施加的最大电压受到环境温度的限制，以避免生成氢气。

特点 铅酸 电池

为了比较和理解每种电池的性能，一些重要的参数是每种电池的特性，即使是同类型的电池。这些参数在需要电池时是一个参考，因为电池被用于各种类型的设备和无限的目的，因此需要特定的品质。

电池电压

电 池的电压 是由电化学反应中正极和负极所含材料的电位差产生的。

汽车电池的常用电压是12伏（直流电）。但是这个电池由六个2伏的铅酸电池组成。

截止电压

截止电压是允许的最低电压。通常，这个电压定义了电池的“空”状态。

真相是，任何铅酸电池，无论是胶体电池、AGM电池还是常规浸液电池，都应该在 11.6伏时切断。

容量

coulometric容量 是指当电池从100% SOC放电至截止电压时，在特定放电电流下的总安时数。

汽车电池的常用电压是12伏（直流电）。但是这个电池由六个2伏的铅酸电池组成。一个普通的汽车电池可能具有大约 70安时的容量，规定的电流为3.5安。

电池的C率

C率用于表示电池的放电或充电速度相对于其最大容量的快慢。它有单位 h⁻¹。1C率意味着放电电流将在1小时内放电完毕整个电池。

自放电

电池即使不连接和不输出电流也会逐渐自放电。这是由于即使在没有负载的情况下，电池内部也会发生不产生电流的“副作用”化学反应。

在适中温度下储存的铅酸电池，其预计自放电率为 每月5%。随着温度的升高，这一比率会增加，硫化风险也会增加。

退化

在每次充放电循环中，都会有一些不可逆的电池性能下降。性能下降通常是因为电解液从电极处迁移，或者是因为活性材料从电极上脱落。

Q-Batteries深循环电池可以提供 200次到超过3000次的放电/充电循环。启动电池不是为持续放电设计的，只能使用50-60次循环。

放电深度

放电深度是衡量从电池中提取了多少能量的指标，以满容量的百分比表示。例如，一个100 Ah的电池从中提取了40 Ah的电量，那么其放电深度（DOD）为40%。