6.2鉛酸電池
    1.鉛酸蓄電池的種類
    電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。鉛酸蓄電池于1859年由法國(guó)科學(xué)家普蘭特（G Plante）發(fā)明。1881年法國(guó)人發(fā)明的電動(dòng)汽車就是以鉛酸蓄電池作為動(dòng)力的，鉛酸蓄電池廣泛用于燃油汽車的啟動(dòng)。鉛酸蓄電池按其工作環(huán)境又可分為移動(dòng)式和固定式兩大類，固定式鉛酸蓄電池按電池槽結(jié)構(gòu)分為半密封式與密封式，半密封又有防酸式與消氫式，依據(jù)排氣方式，密封式鉛酸蓄電池可分為排氣式和非排氣式兩種。
    鉛酸蓄電池的特點(diǎn)是高容量，開路電壓高，放電電壓平穩(wěn)，充電效率高，能夠在常溫下正常工作，生產(chǎn)技術(shù)成熟，價(jià)格便宜，規(guī)格齊全。因此，近10年來，國(guó)內(nèi)外開發(fā)的稱為第一代的電動(dòng)汽車也廣泛使用了鉛酸電池。表9為在混合動(dòng)力汽車上使用的鉛酸蓄電池的種類及特點(diǎn)。

    混合動(dòng)力汽車的牽引用動(dòng)力鉛酸蓄電池（簡(jiǎn)稱動(dòng)力鉛酸蓄電池）性能與啟動(dòng)用鉛酸蓄電池的要求是不同的，動(dòng)力鉛酸蓄電池要求有高的比能量和比功率，高的循環(huán)次數(shù)和使用壽命，以及快速充電性能等。目前，已經(jīng)有很多專業(yè)公司研發(fā)了多種新型鉛酸蓄電池，使得鉛酸蓄電池的性能有了較大地提高。
    2.鉛酸蓄電池的工作原理
    鉛酸蓄電池的放電和充電的反應(yīng)過程，是鉛酸蓄電池中活性物質(zhì)可逆進(jìn)行的化學(xué)變化過程，它們可以用下列化學(xué)反應(yīng)方程式表示

    鉛酸蓄電池在放電過程時(shí)，化學(xué)反應(yīng)由左向右進(jìn)行，其相反的過程為充電過程的化學(xué)反應(yīng)。充電是將外部直流電源連在蓄電池上進(jìn)行充電，使電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存起來。放電是電能從電池中釋放出來去驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。由于鉛酸蓄電池在放電過程中，鉛酸蓄電池中的H2SO4的濃度會(huì)逐漸減小，因此，可以用密度計(jì)來測(cè)定H2SO4的密度，再由鉛酸蓄電池電解液密度確定鉛酸蓄電池電解液放電程度。單體鉛酸蓄電池的電壓為2V，在使用或存放一段時(shí)間后，電池的電壓可能降低到1.8V以下，或H2SO4溶液的密度下降到1.2 g/cm，時(shí)，鉛酸蓄電池就必須充電，如果電壓繼續(xù)下降，鉛酸蓄電池將會(huì)損壞。

    3.鉛酸蓄電池的構(gòu)造
    鉛酸蓄電池最明顯的特征是其頂部有6個(gè)可擰開的塑料密封蓋，上面還有通氣孔。這些密封蓋是用來加注、檢查電解液和排放氣體之用。按照理論上說，鉛酸蓄電池需要在每次保養(yǎng)時(shí)檢查電解液的高度，如果有缺少需添加蒸餾水。但隨著蓄電池制造技術(shù)的升級(jí)，鉛酸蓄電池的維護(hù)也不再復(fù)雜。正常使用，2～3年間鉛酸蓄電池都無需添加電解液或蒸餾水。
    如圖60所示為普通鉛酸蓄電池的構(gòu)造，鉛酸蓄電池的基本單元是單體電池（（batterycell）。每個(gè)單體電池都是由正極板、負(fù)極板和裝在正極板和負(fù)極板之間的隔板組成，每個(gè)單體電池的基本電壓為2V，然后將不同容量的單體電池按使用要求進(jìn)行組合，裝置在不同的塑料外殼中，來獲得不同電壓和不同容量的鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池總成經(jīng)過灌裝電解液和充電后，就可以從鉛酸蓄電池的接線柱上引出電流。鉛酸蓄電池通常采用密封、無銻網(wǎng)隔板等技術(shù)措施，并在普通鉛酸蓄電池的電解液中加入硅酸膠（Na2SiO3）之類的凝聚劑，使電解質(zhì)成為膠狀物，形成一種“膠體”電解質(zhì)，采用“膠體”電解質(zhì)的鉛酸蓄電池，使用起來更加方便，硅酸膠（Na2SiO3）與硫酸的反應(yīng)如下。

    H2SO4+Na2SiO3→H2SO3+Na2SiO4
    如圖61所示為安裝了排氣閥的鉛酸蓄電池的構(gòu)造，該電池的特點(diǎn)是帶有催化劑，可以使充電時(shí)產(chǎn)生的氫氣和氧氣反應(yīng)生成水流回電池，因而可以防止充電時(shí)產(chǎn)生的氫氣和氧氣逸散，控制水的消耗。

    6.3鎳-鎘電池
    鎳-福電池（Ni-Cd、Nickel-Cadmium Batteries、Ni-Cd Rechargeable Battery）是最早應(yīng)用于手機(jī)等設(shè)備的電池種類，它具有良好的大電流放電特性、耐過充放電能力強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)單。鎳-鎘電池是一種堿性電池，是混合動(dòng)力汽車的首選電池之一。鎳-福電池的比能量可達(dá)到55W·h/kg，比功率可超過225 W/kg。極板強(qiáng)度高，工作電壓平穩(wěn)，能夠帶電充電，并可以快速充電。鎳-福電池過充電和過放電性能好，有高倍率的放電特性，瞬時(shí)脈沖放電率很大，深度放電性能也好。循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)到2000次或7年以上，是鉛酸電池的2倍，采用全封閉外殼，可以在真空環(huán)境中正常工作，低溫性能較好，能夠長(zhǎng)時(shí)間存放。
    1．鎳-鎘電池的工作原理
    鎳-鎘電池是以輕基氫氧化鎳為正極，金屬福為負(fù)極，位于負(fù)極的鎘（Cd）和氫氧化鈉（NaOH）中的氫氧根離子（OH-）化合成氫氧化福，并附著在陽極上，同時(shí)也放出電子。電子沿著電線至陰極，和陰極的二氧化鎳與氫氧化鈉溶液中的水反應(yīng)形成氫氧化鎳和氫氧根離子，氫氧化鎳會(huì)附著在陽極上，氫氧根離子則又回到氫氧化鈉溶液中，故氫氧化鈉溶液濃度不會(huì)隨著時(shí)間而下降。為了提高壽命和改善高溫性能，通常在電解液中加入氧化鋰。鎳-鎘電池的化學(xué)反應(yīng)如下。

    2．鎳-鎘電池的構(gòu)造
    如圖62所示為鎳-鎘電池構(gòu)造，鎳-鎘電池的每個(gè)單體電池都是由正極板、負(fù)極板和裝在正極板和負(fù)極板之間的隔板組成。將單體電池按不同的組合裝置在不同塑料外殼中，可得到所需要的不同電壓和不同容量的鎳-鎘電池總成，市場(chǎng)上有多種不同型號(hào)規(guī)格的鎳-鎘電池總成可供選擇。在灌裝電解液并經(jīng)過充電后，就可以從電池的接線柱上引出電流。

    3．鎳-鎘電池的特點(diǎn)
    鎳-鎘電池的工作電壓較低，單體電池的標(biāo)稱電壓為12V，比能量為55 W·h/kg，比功率可以超過225 W/kg，循環(huán)使用壽命2000次以上。可以進(jìn)行快速充電，充電15 min可恢復(fù)50％的容量，充電1h可恢復(fù)100％的容量，但一般情況下完全充電需要6h，深放電達(dá)100%、自放電率低于0.5%／天，可以在40～80℃的環(huán)境溫度條件下正常工作，快速充電能力，充電18 min即可從40％達(dá)到80％容量。
    鎳-鎘電池最致命的缺點(diǎn)是，在充放電過程中如果處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的記憶效應(yīng)，使用壽命會(huì)大大縮短。鎳一福電池的成本約為鉛酸電池的4～5倍，初始購置費(fèi)用較高，但鎳－鎘電池的比能量和循環(huán)使用壽命都大大地高于鉛酸電池，因此，在電動(dòng)汽車實(shí)際使用時(shí)，總的費(fèi)用不會(huì)超過鉛酸電池的費(fèi)用，由于鎳-鎘電池使用性能比鉛酸電池好，在混合動(dòng)力汽車上得到廣泛使用。克萊斯勒公司的面包車，標(biāo)致106型混合動(dòng)力汽車、雪鐵龍TX-EV以及日本本田汽車公司、日產(chǎn)汽車公司等生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車上都采用了鎳-鎘電池。但是，由于鎳－鎘電池中采用的鎘（Cd）是一種有害的重金屬，因而鎳-鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，在電池報(bào)廢后必須進(jìn)行有效回收，眾多的缺點(diǎn)使鎳-鎘電池已經(jīng)基本被淘汰。

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