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第一章第二节铅酸蓄电池的工作原理(三)—充电过程中的电化学反应
发布时间:2015-06-23  来源:王振和 王进华

 

三、充电过程中的电化学反应

       把电源的电能变成蓄电池的化学能,通过整流电源供给电池直流电的过程叫充电。充电过程和放电过程正好相反,电流通过整流器的正极流入电池正极,电池内部电流方向是从正极流向负极,又从电池负极流出与整流电源负极接通,构成充电回路,如图1-3所示。

蓄电池充电

电池在充电时,电子从整流电源负极导入电池负极,使负极上有过量负电荷,电池内部带整点的H+离子趋向负极板,在充电电流的作用下,硫酸铅PbSO4不断地离解为Pb2+SO42-离子,Pb2+离子从外电路取得两个电子还原恢复为多孔性绒状金属铅,SO42-离子和电池溶液中H+离子结合为硫酸。反应式如下:

PbSO4Pb2+ +SO42-

Pb2++2ePb

SO42-+2H+H2SO4

将以上各反应式两边相加得到充电时负极板上的电化学反应方程式:

PbSO4+2H++2ePb +H2SO4

在充电正电位的作用下,电池内部带负电的HSO4-离子趋向正极板,正极板上的PbSO4不断地离解为Pb2+SO42-离子,Pb2+失去两个电子(流入整流电源的正极),被氧化成Pb4+离子,并与电解液中的(OH)-离子化合成一种不稳定的氢氧化铅Pb(OH)4,氢氧化铅游离后恢复变为多空的二氧化铅PbO2,同时生成两个水分子,而从正极离解出来的SO42-离子与反应过程中离解出的H+离子还原为硫酸,各反应过程如下:

PbSO4Pb2+ +SO42-

Pb4++4(OH)Pb(OH)4

Pb2+-2ePb4+

Pb(OH)4PbO2+2H2O

4H2O4H++4(OH)-

SO42-+2H+H2SO4

将以上各反应式两边相加,得到充电时正极板上的电化学反应方程式:

PbSO4+2H2O-2ePbO2+H2SO4+2 H+

将正负两极电化学反应方程式相加,得到蓄电池充电过程中的电化学反应方程式:

PbSO4(正极)+2H2O+ PbSO4(负极)→PbO2(正极)+ 2H2SO4+Pb(负极)

由于整流电源充电电压是始终高于电池的端电压,所以,始终有电流与电池电动势相反的方向流入,完成上述电能转变为化学能的电化学反应。

随着充电的进行,电池正极板上的二氧化铅和海绵状铅不断增加,电池两端的电压也不断提高,对于恒流充电,我们可以根据电池端电压的高低来判断电池的充电程度,并作为充电终了的主要标志。

随着充电的进行,电池中不断有硫酸生成,同时不断消耗水分,因而,电解液的密度逐渐增高,我们常常可以根据电解液密度的高低来判断蓄电池的充电程度。

电池在要求的条件下进行恒流充电,充电末期电池端电压可以达到2.75/单格电池,这时电池的电解液内将有大量小气泡产生,电解水的副反应已经处于主要的地位,电池的负极上有氢气析出,正极上有氧气析出,反应式如下:

水的电解

所以我们还可以根据电池电解液产生气泡的多少来判断蓄电池的充电程度。

应当注意的是用大电流充电,或过量充电,都会使电解液温度升高较快、温度较高(大于45°C),在此条件下充电,会加速板栅腐蚀,使活性物质钝化或脱落,使电池性能变坏。

 

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