鉛酸蓄電池的發展

鉛酸蓄電池是1859年卡斯通和普朗特(Gaston&Plante)發明的。

他們用兩片鉛片作電極，中間隔以橡皮卷成的細螺旋作隔板，浸在10%的硫酸(H2SO4)溶液(密度1.06g/cm3)中，構成一個鉛酸蓄電池。由于它的重要原料是鉛和酸，因而稱為鉛酸蓄電池或簡稱為蓄電池。

1906年，普朗特向法國科學院提交了一個由9個單體電池構成的鉛酸蓄電池，這是世界上第一個蓄電池普朗特電池。但普朗特電池存在著電極活性物質利用率低、化成時間相當長、電池放電容量不大等問題，所以沒有獲得工業上的應用。

1910年開始，鉛酸蓄電池生產得到充分發展。1957年原西德陽光公司制成膠體密封鉛酸蓄電池并投入市場，標志著實用的密封鉛酸蓄電池的誕生。

原因：一是汽車數量的快速上升，帶動了用于啟動、照明和點火的蓄電池的發展；其次是電話業采用鉛酸蓄電池作為備用電源，并要求安全可靠又能使用多年，使得蓄電池開始廣泛用于汽車、鐵道、通信等工業。

1971年美國Gates公司生產出玻璃纖維隔板的吸液式電池，這就是閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA電池)。VRLA電池商業化應用30年來，盡管出現過一些問題，如漏液、早期容量損失、壽命短等，曾一度引起人們的懷疑，但經過多年的努力，其設計技術有了很大的發展，并沿用至今。

VRLA電池的結構和原理

重要零部件及用途

（1）極板(板柵):以鉛銻合金為骨架，上面緊密地涂上鉛膏，經過化學處理后，正、負極板上形成各自的活性物質，正極的活性物質是PbO2，負極的活性物質是海綿鉛，在成流過程中，負極被氧化，正極被還原，負極板一般為深灰色，正極板為暗棕色。

（2）隔板：隔板有水隔板、玻璃纖維隔板、微孔橡膠隔板、塑料隔板等，隔板的用途是儲存電解液，氣體通道，使正、負極間的距離縮到最小而互不短路；隔板可以防止極板的彎曲和變形，防止活性物質的脫落，要起到這些用途，就要求隔板具有高度的多孔性、耐酸、不易變形、絕緣性能要好，并且有良好的親水性及足夠的機械強度。

（3）電解液：鉛酸蓄電池一律采用硫酸電解質，是電化學反應出現的必需條件。關于膠體蓄電池，還要添加膠體，以便與硫酸凝膠形成膠體電解質，此時硫酸不僅是反應電解質，還是膠體所需的凝膠劑。一定濃度的硫酸配比一定濃度的硅凝膠，即成為軟固體狀的硅膠電解質。堿性蓄電池的電解液是22％～40％濃度的氫氧化鉀溶液。

（4）電池槽及槽蓋：蓄電池外殼，它為整體結構，殼內由隔壁分成三格或六格互不相通的單格；其底部有突起的肋條，用來擱置極板組；肋條間的空隙用來堆放從極板上脫落下來的活性物質，以防止極板短路。槽的厚度及材料直接影響到電池是否鼓脹變形。外殼材料一般是用橡膠或工程塑料，如PVC或ABS槽蓋。基本反應原理

當用連有電流計的導線連接兩極時，可以觀察到三個重要的現象：Zn棒逐漸溶解，銅棒上有氣體溢出，導線中有電流流過。

此反應的實質是：

組成蓄電池要有兩個條件：

一、必須把化學反應中失去電子的過程(氧化過程)和得到電子的過程(還原過程)分割在兩個區域進行；

二、物質在進行轉變的過程中，電子必須通過外線路。

鉛酸蓄電池工作原理：包括放電過程和充電過程。

(1)放電過程

負極板:一方面鉛板有溶于電解液的傾向，因此有少量鉛進入溶液生成Pb2+(被氧化)而在極板帶負電；另一方面，由于Pb2+帶正電荷，極板帶負電荷，正、負電荷又要相互吸引，這時Pb2+離子又有沉附于極板的傾向。這兩者達到動態平衡時，負極板相關于電解液具有負電位，其電極電位約為-0.1V。

正極放電時有少量PbO2進入電解液與H2O發生用途，生成Pb(OH)4；而它不穩定，又很快電解成為Pb4+和和OH-，Pb4+沉附在正極板上，使正極板具有正電位，達到動態平衡時，其電極電位約為+2.0V。

當Pb4+沉附到正極板上時，這時通過外線路來的2個電子被Pb4+俘獲，生成Pb2+又與電解液中的SO42-發生反應，變為PbSO4，這些PbSO4以固體形式被吸附在正極板上。

電解液中存在的H+和SO42-在電場的用途下分別移向電池的正負極，在電池內部出現電流，形成回路，使蓄電池向外持續放電。

所以放電過程總的反應：

（2）充電過程

充電時，負極板上的PbSO4進人溶液，解離成Pb2+與與SO42-。電解液中的H2O解離成H+與OH-。在負極上，充電時負極板上的Pb2+這時獲得兩個電子，被還原成Pb(以海綿狀固態析出)，這時電解液中的H+移向負極，在負極附近與SO42-結合成H2SO4。

正極板上的Pb2+在外電源用途下被氧化，失去兩個電子變為Pb4+，它又與OH結合生成Pb(OH)4，然后又分解為PbO2和和H2O，而SO42-離子移向正極與H+結合生成H2SO4。

所以充電過程總的反應為：

充電過程中，正、負極板上的有效物質逐漸恢復，電解液H2SO4比重逐漸新增，所以從比重升高的數值也可以判斷它充電的程度。電解液中，正極不斷出現游離的H+和和SO42-，負極不斷出現SO42-，在電場的用途下，H+向負極移動，SO42-向正極移動，形成電流。