咨询热线

400-007-6266

010-86223221

2017年中国铅酸蓄电池的原理、发展历程与分类

参考中国报告网市场调研报告《2017-2022年中国铅酸蓄电行业市场发展现状及十三五发展趋势前瞻报告

          (1)铅酸蓄电池的构成和工作原理

          铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、塑料槽等组成。铅酸蓄电池正极活性物质为二氧化铅(PbO2),负极活性物质是铅(Pb),电解液是稀硫酸,正负极之间由隔板隔开,电解液中的离子可以通过隔板中的微孔,电极上的电子不能通过隔板。

          铅酸蓄电池放电后,正极板的活性物质二氧化铅(PbO2)转化成硫酸铅(PbSO4)附着在正极板上,负极活性物质铅(Pb)也转化成硫酸铅(PbSO4)附着在负极上,电解液中的硫酸扩散到极板中去,电解液的浓度降低。铅酸蓄电池在充电时,发生相反的反应。通过充电、放电反应,铅酸蓄电池可以反复使用,直到储存的容量达不到电器的要求时,寿命终止。

铅酸蓄电池的工作原理如下:

           铅酸蓄电池单格电池(又称单体电池)的标准电压是2V。为满足用电器高电压的需要,电池常通过串联组合成6V、12V 等电池组;为满足用电器高容量需要,常通过增加极板面积或将相同极板并联焊成极群来实现。

          将完全处于充电状态的电池,按一定放电条件,放电到所规定电压时所释放出的电量称为电池的容量,单位一般用安培小时(简称安时,用“Ah”表示)。

          电池释放电量的能力称为能量,为电池的容量乘以平均放电电压,通常用伏安时(VAh)或千伏安时(kVAh)表示。

          (2)铅酸蓄电池的发明

          1799 年伏打(Alessandro Volta)用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片组装成电堆;1836 年,丹尼尔(John Frederic Daniell)利用伏打电堆的工作原理制成了第一个实用电池,标志着化学电池进入生产和生活中,但铜锌体系的电池用完后不能充电供重复使用,阻碍了其更广泛地应用。

          1801 年,戈特洛(Nicolas Gautherot)在实验中用伏打电堆和两根铂丝电解盐水产生氢气和氧气,在其撤走电源并将两根铂丝直接接触时,出现了短时间的反向电流(当时也被称为二次电流,今称放电电流),但电流维持的时间太短,没有实用价值。1802 年里特(Johann Wilhelm Ritter)用伏打电堆向一叠夹以盐水浸湿纸片的铜片进行充电,在撤走电源后,其发现两片铜片之间存在0.3V的电压;之后再用金属铅、锡和铜替代铜片进行了实验,均测到了不同的电压值。

          1854 年德国科学家辛斯特登(Wilhelm Joseph Sinsteden)在使用多种电池进行研究时,认识到浸没在硫酸中的铅电极具有一定的储能容量,即对电极充电之后可以向负载供电,并报道了其能量密度,但其未意识到这一发现的重要价值。

          1859 年,普兰特(Raymond Gaston Plante)独立于辛斯特登发现并报道了从浸在硫酸溶液中并充电的一对铅板,在撤去充电电流并加上负载后可以得到有效的放电电流,这个体系的放电电流在诸多电极-电解液体系中可以维持最长的时间,并且电压也最高。普兰特根据这一原理设计了具有实用价值的蓄电池,并在1860 年向法国科学院展示了这一可充电电池,这标志着第一个可以重复使用的电池问世。1870 年,发电厂开始使用直流发电机,并引入铅酸蓄电池进行负载调峰,即在晚上充电,白天供电。1879 年爱迪生(Thomas Edison)发明了白炽灯,让电力走进千家万户,同时激发了用户在输电线架设不到的地方使用电源的需求,这正是铅酸蓄电池的应用场合。限于制造工艺,当时铅酸蓄电池还无法大规模生产,但越来越多的研究者已开始参与铅酸蓄电池的研究。从此,铅酸蓄电池开始处于因市场需求而促进其研发的状态,人们对它进行不断地研究和改进,使其得到极大地发展。铅酸蓄电池是迄今发展时间最长,技术最成熟的电池技术。

          1881 年,富莱(Camille Alphonse Faure)和布鲁希(Charles Francis Brush)二人制成涂膏式极板,即用铅的氧化物和硫酸水溶液混合制成铅膏涂在铅板上,较好地防止了活性物质的脱落,使铅酸蓄电池的制造工艺有了很大进步。

          1882 年赛隆(John Scudamore Sellon)采用铅-锑(Pb-Sb)合金制造板栅,克服了由于充放电前后电极活性物质体积膨胀、收缩使得作为活性物质载体的板栅发生变形的问题,大大提高了电池极板的强度,使铅酸蓄电池的寿命有了较大提高。

          1970 年之前,铅酸蓄电池的极板需浸在可流动的硫酸中使用,在电池充电后期和过充电时,会发生电解水的副反应,氢气和氧气可无障碍地释放出来,这带来电解液失水,电池需定期维护的问题。于是研究人员一直试图研制“密封式”铅酸蓄电池,希望能克服上述问题。

          1957 年德国阳光(Sonnenschein)发明了SiO2 胶体密封铅酸蓄电池,即阀控式密封铅酸蓄电池(valve-regulatedlead-acidbatteries,VRLA)的Gel 技术。1971 年美国盖茨( Gates ) 公司发明了吸液式超细玻璃棉隔板(absorbedglassmat)即阀控式密封铅酸蓄电池的AGM 技术。

Gel 技术和AGM 技术的阀控密封铅酸蓄电池,实际解决了电池内部氧气的复合循环问题,运行及安全性能远远超过之前的技术。

          VRLA 从1973 年于小型电池实现商业化之后至今,在外形及尺寸上均有了较大的发展,因而广泛适用于众多领域,成为蓄电池产品中的重要组成部分。

          (3)铅酸蓄电池的分类

          按照应用领域划分,我国的铅酸蓄电池主要可分为备用电源电池、储能电池、起动电池和动力电池四大类。备用电源电池是主要用于通讯备用电源、不间断电源(UPS)、应急照明电源及其他备用电源的蓄电池。储能电池指适用于供太阳能发电设备和风力发电机以及其他可再生能源的储能用蓄电池。起动电池是主要应用于汽车、摩托车、燃油发动机起动、点火和照明的蓄电池。动力电池主要应用于电动自行车、电动特种车(电动游览车、高尔夫车、巡警车、叉车等)、低速电动乘用车、混合电动车等电动车辆作为动力。铅酸蓄电池按用途领域分类如下图所示:

           按照电池中极板的结构分为板式、管式和卷绕式等类别,分别称为平板式电池、管式电池和卷绕式电池。

          此外,根据铅酸蓄电池中电解液处于游离状态和吸附(或固定)状态,分为富液式蓄电池和贫液式蓄电池。贫液电池中,电解液吸附在玻璃纤维隔板中的蓄电池常设计成阀控密封式,称为阀控式密封蓄电池;电解液用二氧化硅胶体固定的蓄电池称为胶体电池。

资料来源:中国报告网整理,转载请注明出处(WW-G)
 

更多好文每日分享,欢迎关注公众号

【版权提示】观研报告网倡导尊重与保护知识产权。未经许可,任何人不得复制、转载、或以其他方式使用本网站的内容。如发现本站文章存在版权问题,烦请提供版权疑问、身份证明、版权证明、联系方式等发邮件至kf@chinabaogao.com,我们将及时沟通与处理。

企业争相角逐 我国大圆柱电池行业需求将持续上升 规模量产在即

企业争相角逐 我国大圆柱电池行业需求将持续上升 规模量产在即

根据数据显示,2023年,全球大圆柱电池实际出货量不足5000万只,主要由特斯拉贡献,国内企业亿纬锂能有少量出货。不过,目前全球已有超过50家企业布局大圆柱电池产品并进行产能规划,其中达GWh级别产能规划的企业超15家,2024年下半年或将启动大圆柱电池的量产进程,未来放量可期。

2024年09月02日
我国石墨烯逐渐形成较完整产业链 长远看新能源产业将为行业发展提供广阔空间

我国石墨烯逐渐形成较完整产业链 长远看新能源产业将为行业发展提供广阔空间

从长远来看,石墨烯未来发展前景仍然广阔。一方面,由于石墨烯具有极高的导电、导热性能等优良特性,将逐渐受到新能源汽车、储能、光伏等新能源领域的青睐,可以应用于超级电容、锂离子电池、导电剂和太阳能电池等。

2024年08月30日
我国玻璃纤维行业:下游风电、交轨建设及汽车轻量化等发展下市场可挖掘潜力大

我国玻璃纤维行业:下游风电、交轨建设及汽车轻量化等发展下市场可挖掘潜力大

一是风电行业发展向好,利好玻璃纤维行业发展。风电是一种清洁的可再生能源,随着能源结构转型和“双碳”战略目标持续推进,风电行业迎来快速发展,累计装机容量不断上升,由2017年的16367万千瓦上升至2023年的44134万千瓦。在《2030年前碳达峰行动方案》《“十四五”可再生能源发展规划》《空气质量持续改善行动计划》等

2024年08月23日
我国湿法隔膜行业:下游需求持续旺盛 市场呈现“一超多强”竞争格局

我国湿法隔膜行业:下游需求持续旺盛 市场呈现“一超多强”竞争格局

我国新能源汽车、储能等下游市场需求旺盛,带动湿法隔膜出货量不断上升,2023年突破120亿平米,同比增长23.47%。据悉,2017年之前,干法隔膜凭借着技术起步较早、成本较低、工艺相对简单等优势,在锂电池隔膜市场中占据主导地位;但自2018年起,随着湿法隔膜生产技术进步和下游市场对隔膜性能要求提升,湿法隔膜出货量占比

2024年08月22日
耐火材料行业现状分析:政策引导市场向环保转型 头部企业有望受益

耐火材料行业现状分析:政策引导市场向环保转型 头部企业有望受益

随着中国经济逐步从高增长向高质量发展阶段,钢铁、水泥、玻璃等下游主要应用领域近年来供给侧改革全面展开,下游耐火材料需求总体稳定。数据显示,2022年我国耐火材料市场规模约为1717.98亿元。

2024年08月16日
我国智能电网行业发展环境及现状:政策助推 投资额稳增 市场规模已破千亿

我国智能电网行业发展环境及现状:政策助推 投资额稳增 市场规模已破千亿

我国智能电网行业发展环境良好,政策环境支持行业发展,指明行业发展方向;经济环境、社会环境为智能电网行业创造了广阔的发展空间,带来了大量的市场需求;通信技术、信息技术、人工智能技术、大数据等技术的不断融合和进步,推动智能电网行业的创新发展。在这些因素共同作用下,我国智能电网行业发展空间和市场潜力大,已逐渐成长为一个千亿级

2024年08月16日
政策相继落地 我国钙钛矿电池行业降本增效优势明显 BIPV打开增量市场

政策相继落地 我国钙钛矿电池行业降本增效优势明显 BIPV打开增量市场

随着尺寸增大,钙钛矿电池光电转化效率下降较大。目前,实验室制造的小尺寸(≤1CM2)钙钛矿电池光电转化效率已经达到26%左右,但大面积尺寸电池的光电转化效率低于20%。

2024年08月09日
政策+企业规划加速规模增长 我国压缩空气储能行业商业化进展提速

政策+企业规划加速规模增长 我国压缩空气储能行业商业化进展提速

在技术成熟、需求拉动和政策驱动下,近几年我国压缩空气储能项目井喷式发展。目前,全国各地已有8个在运营压缩空气储能项目;已签约或开工建设项目25个,累计储能装机规模达到8.797GW,其中大部分项目将于2027年前完成投运;主要包括中储国能、中国能建、中国电建、国家能源集团、国家电投、中国华能、福能股份等。

2024年08月06日
微信客服
微信客服二维码
微信扫码咨询客服
QQ客服
电话客服

咨询热线

400-007-6266
010-86223221
返回顶部