Question

电池储存电的原理

Answer 1

电池存储，就是存储电荷。可以使用电容，也有通过化学反应产生或吸收电子

Answer 2

现在的电瓶主要是铅酸蓄电池。原理如下：荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。电极反应式为：充电：2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4放电：PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O

所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。

构成铅蓄电池之主要成份如下：

阳极板(过氧化铅.pbo2)---> 活性物质

阴极板(海绵状铅.pb) ---> 活性物质

电解液(稀硫酸) ---> 硫酸(h2so4) + 水(h2o)

电池外壳

隔离板

其它(液口栓.盖子等)

一、铅蓄电池之原理与动作

铅蓄电池内的阳极(pbo2)及阴极(pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2v的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：

(阳极) (电解液) (阴极)

pbo2 + 2h2so4 + pb ---> pbso4 + 2h2o + pbso4 (放电反应)

(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)

(阳极) (电解液) (阴极)

pbso4 + 2h2o + pbso4 ---> pbo2 + 2h2so4 + pb (充电反应)

(硫酸铅) (水) (硫酸铅)

1. 放电中的化学变化

蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。

2. 充电中的化学变化

由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。

二、电动车用蓄电池的构造

由于玻璃纤维管式铅蓄电池是累积多次实验结果而制成，故具有多项优点。

三、蓄电池的容量

电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之：

◎ 电解液比值 1.280/20℃

◎ 放电电流 5小时的电流

◎ 放电终止电压 1.70v/cell

◎ 放电中的电解液温度 30±2℃

1.放电中电压下降 放电中端子电压比放电前之无负载电压（开路电压）低，理由如下：

(1)v=e-i.r

v：端子电压(v) i：放电电流(a)

e：开路电压(v) r：内部阻抗(ω)

(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。

(3)放电时，电池内部阻抗即随之增强，完全充电时若为1倍，则当完全放电时，即会增强2～3倍。

用于起重时之电瓶电压之所以比用于行走时的电压低，乃是由于起重用之油压马达比行走用之驱动马达功率大，因此放电流大，则上式的i.r亦变大。

2.蓄电池之容量表示

在容量试验中，放电率与容量的关系如下：

5hr....1.7v/cell

3hr....1.65v/cell

1hr....1.55v/cell

严禁到达上述电压时还继续继续放电，放电愈深，电瓶内温会升高,则活性物质劣化愈严重，进而缩短蓄电池寿命。

因此，堆高机无负重扬升时的电池电压若已达1.75v/cell(24cell的42v,12cell的21v)，则应停止使用，马上充电。

3.蓄电池温度与容量

当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。

(a)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。

(b)电解液之阻抗增加，电瓶电压下降,蓄电池的5hr容量会随蓄电池温度下降而减少。

因此:

(1)冬季比夏季的使用时间短。

(2)特别是使用于冷冻库的蓄电池由于放电量大，而使一天的实际使用时间显著减短。

若欲延长使用时间，则在冬季或是进入冷冻库前，应先提高其温度。

4.放电量与寿命

每日反复充放电以供使用时，则电池寿命将会因放电量的深浅，而受到影响。

5.放电量与比重

蓄电池之电解液比重几乎与放电量成比例。因此，根据蓄电池完全放电时的比重及10%放电时的比重，即可推算出蓄电池的放电量。

测定铅蓄电池之电解液比重为得知放电量的最佳方式。因此，定期性的测定使用后的比重，以避免过度放电，测比重的同时，亦侧电解液的温度，以20度c所换算出的比重，切勿使其降到80%放电量的数值以下。

6.放电状态与内部阻抗

内部阻抗会因放电量增加而加大，尤其放电终点时，阻抗最大，主因为放电的进行使得极板内产生电流的不良导体—硫酸铅及电解液比重的下降，都导致内部阻抗增强，故放电后，务必马上充电，若任其持续放电状态，则硫酸铅形成安定的白色结晶后(此即文献上所说的硫化现象),即使充电,极板的活性物资亦无法恢复原状,而将缩短电瓶的使用年限。

★白色硫酸铅化

蓄电池放电，则阴、阳极板同时产生硫酸铅(pbs04)，若任其持续放电，不予充电，则最后会形成安定的白色硫酸铅结晶(即使再充电，亦难再恢复原来的活性物质)此状态称为白色硫化现象。

7.放电中的温度

当电池过度放电，内部阻抗即显著增加，因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高，会提高充电完成时温度，因此，将放电终了时的温度控制在40℃以下为最理想。

四、充电的管理

1.蓄电池的充电特性

蓄电池充电的端子电压如下式表示

v= e+i.r，在此

e=电瓶电压(v) i=充电电流(a) r=内部阻抗(ω)

2.蓄电池温度与寿命

蓄电池温度（电解液温度）升高，则阴阳极板上的活性物质即会劣化，并腐蚀阳极格子，而缩短电池寿命，相对的，电池温度太低时，会使电池蓄电容量减少，容易过度放电，进而使电池寿命缩短。此种关系也会因电池型式，极板材质而有变化。故应遵守下列之使用条件：

通常蓄电池之电解液温度应维持在15~55℃为理想使用状态，不得已的情况下,也不可超过放电时-15~55℃,充电时0~60℃的范围。实际使用时，由于充电时温度会上升，因此，放电终了时之电解液温度以维持在40℃以下为最理想。

3.充电量与寿命

蓄电池所须之充电量为放电量的110~120%.放电量与蓄电池寿命具密切关系,假设充电量为放电量120%时的电池，使用寿命为1200回（4年），则当电池的充电量达放电量之150%时，则可推算该电池的寿命为：

1200回×120/150=960回(3·2年)

又，此150%的充电,迫使水被分解产生气体，电解液遽减，将使充电终点的温度上升,结果温度上升造成耐用年限缩短。此外，充电不足即又重复放电使用，则会严重影响电池寿命。

◎ 堆高机举重时，若电池温度保持在10~40℃之间，其充电量亦维持在110~120%者，最能延长电池寿命，此时充电完成之比重，其20℃换算值约为1·28。