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微
观 原 理 详 解
铅酸蓄电池的化学反应是铅板(Pb)和氧化铅(PbO2)沉浸在硫酸电解液(H2SO4)和水(H2O)。当外部连接铅和氧化铅板,电子和离子就在所有3种化学物质之间交换,铅和氧化铅转化成硫酸铅(PbSO4)而硫酸液(H2SO4)转化成水。
正极 电解液
负极
放电
正极
电解液 负极
PbO2 + 2 H2SO4
+ Pb <_________-->
PbSO4
+ 2 H2O + PbSO4
充电
电池放电深度越大,硫酸铅(PbSO4)的形成就越多,这层海绵软状物质在电池充电时(只是充电在放电不久就进行情况下)会容易转化回铅和氧化铅。如电池在短短70小时的期间轻微放电,这层软状硫酸盐晶体就回变形为一种非常稳定的共价键,“锁定”活化物质,而阻止它们转化回铅和氧化铅。每次这样,就会或多或少造成电池的容量损失,到最后使电池寿命结束而不能使用。
电池的硫酸盐层积聚不仅“锁定”活化物质而减低电池寿命,而且这些积聚物积聚到一定程度更会实际造成电池结构性的损坏,常常表现为电池短路。因为硫酸盐晶体层会降低电池的容量,要恒定一致的负载输出就导致电池的放电深度更大,从而放电深度越大,电池寿命就变得越短。
按照原子物理学原理,硫离子有5个不同的能级状态,通常从次稳定的能级跃迁到最稳定的共价键能级。在最低能级(即共价键能级状态),硫磺以包含8个原子的环形分子形式存在,这些分子像鹅卵石一样非常牢固地叠堆覆盖表面,效果就像在电池极片上涂上一层牢固的涂漆层。这8原子的环形分子模式是一种稳定态组合,很难被打碎,而铅酸蓄电池的使用寿命就在于我们消除这些积聚物的能力。
以前,转化硫酸盐化层的方法是过充电(over
charging)或均衡充电(equalization),这些处理方式是可成功地除去大部分的硫酸盐积聚物,但付出很大的代价,是电池正极片网结构严重腐蚀而大大降低电池的寿命。而且,这些处理方式是高放热过程造成电池内部大热量产生,极片弯曲和机械重压。有大量例子证明电池单体因均衡充电而造成鼓涨甚至暴裂。近年来,多采用更安全的脉冲宽度调制(PWM)充电方式,但这种改进的技术仍然不能很有效地从电池极片上消除很长时间和很稳定的硫酸盐积聚层。
因为,要打碎这些硫酸盐积聚层束缚,一定要提升原子的能级到某一程度,这时候的在外层原子价带的电子被击活到下一更高的能带,使原子之间解除束缚。每一个特定的能级状态都有唯一的共荡频率,必须输送特定的能量份量给这能级才能使已击活分子跃迁到更高的能级状态,太低的能量份量无法达到跃迁所需能量要求,但过高的能量份量会使已跃迁的处于不稳定状态而后随时“掉”回原来能级。这个过程必须反复进行直到达到最顶部或最高击活能级状态,然后也只有这样才能使它们转化成在电解液的自由离子。只有经过这一系列的步骤,才能使处于很稳定共价键状态的硫酸盐积聚层,转化回最不稳定的硫酸盐铅分子,能通过充电过程从电池极片上除去而转化为游离离子状态。
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