電池大營(yíng)救——充電方法對(duì)鉛酸蓄電池壽命影響的實(shí)驗(yàn)探究

文 湖南省桃江縣第一中學(xué)478班 黃健昌

鉛酸蓄電池是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的電化學(xué)體系，影響其壽命的原因較多，包括制造電池電極的材料、工藝、活性物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)等，本文旨在從充電方法上探究影響鉛酸蓄電池壽命的因素。

一、鉛酸蓄電池的工作原理

鉛酸蓄電池充放電的過(guò)程，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一種電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。其反應(yīng)化學(xué)方程式為：

PbSO4+2H2O+PbSO4=PbO2+2H2S O4+Pb（充電反應(yīng)）

PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4（放電反應(yīng)）

在充電時(shí)，正極的硫酸鉛被氧化生成氧化鉛，負(fù)極的硫酸鉛被還原生成鉛。而放電過(guò)程正好相反，放電時(shí)，正極的氧化鉛又被還原生成硫酸鉛，負(fù)極的鉛被氧化生成硫酸鉛。

二、不同充電方法對(duì)鉛酸蓄電池壽命的影響

1.恒流充電、恒流放電

恒流充電法是指在充電過(guò)程中，充電電流保持恒定不變的充電方法。

實(shí)驗(yàn)條件：選擇靜態(tài)端電壓為13.38 V、質(zhì)量為4110 g、5 A放電時(shí)間≥135 min、由湖南豐日電源電氣股份有限公司生產(chǎn)的6-FM-24型蓄電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)方法：用5 A恒流充電3 h，5 A恒流放電2 h，循環(huán)10周次后，電池質(zhì)量為3970 g，失水 140 g，單格電池失水 23.3 g，失水率為19%（計(jì)算方法：?jiǎn)胃耠姵厥?電池原質(zhì)量-試驗(yàn)后電池質(zhì)量；單格電池失水率=單格電池失水質(zhì)量÷單格電池原電解液質(zhì)量）。

按上述方法充電至1 h，電池端壓為14.21 V；充電至2 h，電池端壓＞16 V；充電至3 h，電池端壓達(dá)到16.17 V。其充電特性曲線如圖1所示。

圖1 恒流充電特性曲線

由實(shí)驗(yàn)可知，電池的可接受電流隨充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降。充電后期，如果充電電流仍然很大，可能會(huì)使充電電池產(chǎn)生部分電解水，而產(chǎn)生的氣體又會(huì)使析氣量急劇增加。這不僅消耗電能，而且容易造成極板上活性物質(zhì)脫落，影響蓄電池壽命。

2.恒壓充電、恒流放電

恒壓充電的特點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能精確控制充電電壓的大小。缺點(diǎn)是充電后期電流變小，會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間。如果電池深度放電，充電初期過(guò)大的電壓會(huì)導(dǎo)致電流很大，從而產(chǎn)生很大熱量，并且也會(huì)分解水、析出氣體，造成電池失重而加速板柵腐蝕。

實(shí)驗(yàn)條件：取3只蓄電池，其靜態(tài)端壓A為13.40 V，質(zhì)量4010 g；B為13.40 V，質(zhì)量 4015 g；C為13.40 V，質(zhì)量 4055 g。3只蓄電池串聯(lián)，用5 A恒流放電的時(shí)間≥135 min，由湖南豐日電源電氣股份有限公司生產(chǎn)的6-FM-24型蓄電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)方法：用恒壓45 V限流5 A充電3 h，恒流5 A放電2 h，循環(huán)11周次后對(duì)3只蓄電池稱重：A電池質(zhì)量4005 g，B電池質(zhì)量4010 g，C電池質(zhì)量4050 g。按每只蓄電池失水5 g，計(jì)算單格電池失水為0.83 g，失水率為0.7%。其充電特性曲線如圖2所示。

圖2 恒壓充電特性曲線圖（以A組數(shù)據(jù)為參照）

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)充電電壓增高至15%時(shí)，蓄電池的壽命將縮短2/3。

由于單純采用恒流或恒壓充電對(duì)鉛酸蓄電池的失水率、析氣量和硫酸鹽化都有較大影響，在實(shí)驗(yàn)中我們提出將充電過(guò)程分成不同的恒流階段（如三階段充電法包括：快速充電、補(bǔ)足充電、涓流充電）或分成不同的恒壓階段。

為此，我們用電動(dòng)車36 V充電器，恒壓在44.5 V，電流3 A，當(dāng)電池電壓達(dá)到44.5 V后，立即將充電電壓降到41.3 V，轉(zhuǎn)入涓流充電。

三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，恒流充電法在充電后期，若充電電流仍不變，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡；恒壓充電法在充電開(kāi)始時(shí)充電電流過(guò)大，正極板上活性物質(zhì)體積收縮太快，影響活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，充電后期電流又偏小，有可能使極板深處的硫酸鉛不易還原，形成長(zhǎng)期充電不足。

而改用將充電過(guò)程分成不同的恒流階段或分成不同的恒壓階段，充入容量大，充電時(shí)間短，蓄電池出氣率低，失水少，電池極板不易硫酸鹽化，可大大延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。