铅酸电池是怎样作业的？CAT蓄电池

铅酸电池由法国医生加斯顿·普兰特于1859年创造，是最早用于商业的可充电电池。虽然它的历史悠久，铅化学电池仍在广泛运用。铅酸电池在每瓦本钱的基础上表现超卓且价格低廉。很少有其他电池能像铅酸电池相同以廉价的价格供给许多电力，这使得铅酸电池在轿车、高尔夫球车、叉车、船用和不间断电源（UPS）中具有本钱效益。

铅酸电池的格架结构是由铅合金制成的。纯铅太软，无法自我支撑，因而参加少量的其他金属以取得机械强度并改进电功用。最常用的添加剂是锑、钙、锡和硒。这些电池一般被称为“铅-锑”和“铅-钙”。

添加锑和锡能够改进深循环功用，但这会添加用水量并加重需求平衡的状况。钙能够削减自放电，但正极铅钙板在过充电时会因栅栏氧化而产生生长的副作用。现代铅酸电池也运用掺杂剂如硒、镉、锡和砷来下降锑和钙的含量。

铅酸电池分量重，并且在深度循环时不如镍和锂基体系耐用。彻底放电会对电池造成应力，每次充放电循环都会永久地削减电池的一部分容量。当电池处于超卓作业状况时，这种丢掉较小，但当功用下降到额定容量的一半时，容量就会明显削减。这种磨损特性适用于各种电池，程度有所不同。

依据放电深度，深循环用铅酸电池可供给200至300次充放电循环。其循环寿数较短的首要原因是正极板栅腐蚀、活性材料耗尽和正极板的胀大。这种老化现象在较高的操作温度和大放电电流下会加速。(拜见BU-804:怎样延伸铅酸电池的寿数)

给铅酸电池充电很简略，但有必要恪守正确的电压捆绑。挑选较低的电压捆绑能够维护电池，但这会导致功用欠安，并在负极板上产生硫酸盐积垢。较高的电压捆绑能够行进功用，但在正极板上构成栅栏腐蚀。虽然硫酸盐积垢假定及时维护能够反转，但腐蚀是永久性的。（拜见BU-403：铅酸电池充电）

铅酸电池不合适快速充电，大多数类型的电池彻底充电需求14-16小时。电池有必要一贯以彻底充电的状况保存。充电缺乏会导致硫化，这是一种下降电池功用的状况。在负极添加碳能够削减这个问题，但这会下降电池的比能量。（拜见BU-202：新式铅酸体系）

铅酸电池的运用寿数适中，但与镍基体系不同，它不会出现回想效应，并且在可充电电池中具有最佳的充电坚持才华。而镍镉电池在三个月内会失掉大约40%的储存能量，铅酸电池在一年内自我放电相同数量。铅酸电池在低温下表现超卓，并且在低于零度的条件下工作时优于锂离子电池。依据德国亚琛工业大学 (2018) 的说法，阀控式铅酸电池的本钱约为每千瓦时150美元，是电池中最低的之一。

密封铅酸
第一款密封的，或免维护的，铅酸电池出现在20世纪70年代中期。工程师们争论说，“密封铅酸”这个术语是过错的，由于没有一个铅酸电池能够彻底密封。为了控制在压力充电和快速放电时的通风，现已添加了阀门，假定压力添加，这些阀门会开释气体。不是将电池板浸没在液体中，电解液被浸入湿润的隔板中，这种规划类似于镍和锂基体系。这使得电池能够在任何物理方向操作而不会泄露。

密封电池所含的电解液比阀控式铅酸电池少，因而称为“酸渴”。密封铅酸电池最显著的优势之一是能够结合氧气和氢气生成水，从而在循环进程中避免干燥。这种结合在0.14 bar（2psi）的适中压力下进行。假定气体堆集添加，阀门可作为安全开释阀。应避免重复通风，由于这会导致毕竟干燥。依据德国亚琛工业大学（2018）的研讨，阀控式铅酸电池的本钱约为每千瓦时260美元。

几种类型的密封铅酸电池现已出现，最常见的是胶体电池，也称为阀控式铅酸电池（VRLA）和吸湿玻璃纤维隔板（AGM）。胶体电池包含一种硅胶，将电解液悬浮在糊状物中。容量在30Ah以下的小型电池一般被称为SLA（密封铅酸电池）。这些电池装在塑料容器中，用于小型UPS、应急照明和轮椅。由于价格低、服务可靠且维护少，SLA仍然是医院和养老院医疗保健的首选。更大的VRLA电池用于蜂窝塔、互联网枢纽、银行、医院、机场等的电力备用。

AGM将电解液悬浮在特别规划的玻璃隔板中。这为铅酸体系供给了几个优势，包含更快的充电速度和按需供给瞬间高负载电流。AGM最合适作为中等容量的电池，容量在30到100Ah之间，不太合适大型体系，如UPS。典型用途包含摩托车的建议电池、微混合动力轿车的建议-间断功用，以及需求必定循环的船用和房车电池。

跟着骑行和年岁的添加，AGM的容量逐渐下降；另一方面，凝胶型电池则有一个穹形的功用曲线，并在高功用范围内逗留更长时间，但随后在寿数晚期遽然下降。AGM的价格比惯例铅酸电池贵，但比凝胶型电池廉价。（凝胶型电池在轿车的启停运用中会过于贵重。）

与被吞没的电池不同，密封式铅酸电池规划有低过电压电位，以避免电池在充电进程中到达产气电位。过量充电会导致产气、排气以及随后的水耗尽和干燥。因而，胶体电池和部分阀控式铅酸电池（AGM）不能被彻底充电，充电电压极限有必要低于被吞没电池的极限。浮充电也是如此。在充电方面，胶体电池和AGM电池不能直接代替被吞没电池。假定无法为AGM电池找到具有较低电压设置的专用充电器，应在充电24小时后断开充电器。这能够避免由于浮电压设置过高而导致的产气。（拜见BU-403：铅酸电池充电）

阀控式铅酸蓄电池的最佳作业温度是25°C（77°F）；每逾越这个温度阈值8°C（15°F），电池寿数减半。（拜见BU-806a：热和负载怎样影响电池寿数）铅酸电池的额定放电率为5小时（0.2C）和20小时（0.05C）。当电池以较慢的速度放电时，其功用最佳；较慢的放电速率下的容量读数显著高于1C放电率。可是，假定仅继续几秒钟，铅酸电池能够供给几C的高脉冲电流。这使得铅酸电池十分合适用作建议电池，也称为建议-燃烧（SLI）。高铅含量和硫酸铅使铅酸电池对环境晦气。

铅酸电池一般分为三种用途：轿车（起动器或SLI）、动力（牵引或深循环）和固定（UPS）。

Starter Batteries
The starter battery is designed to crank an engine with a momentary high-power load lasting a second or so. For its size, the battery is able to deliver high current but it cannot be deep-cycled. Starter batteries are rated with Ah or RS (reserve capacity) to indicate energy storage capability, as well as CCA (cold cranking amps) to signify the current a battery can deliver at cold temperature. SAE J537 specifies 30 seconds of discharge at –18°C (0°F) at the rated CCA ampere without the battery voltage dropping below 7.2 volts. RC reflects the runtime in minutes at a steady discharge of 25. (SAE stands for Society of Automotive Engineers.) See also BU-902a: How to Measure CCA.

建议电池具有十分低的内阻，这是经过添加额定的板以取得最大表面积来结束的（如图1所示）。这些板很薄，铅以海绵状方式运用，呈细泡沫状，进一步添加了表面积。板的厚度关于深循环电池来说很重要，但在建议电池中不太重要，由于放电时间短，电池在驾御时被充电；重点是功率而不是容量。

建议电池

图1：建议电池。
建议电池有许多薄板并联，以结束低电阻和高表面积。
建议电池不容许深度放电。感谢 Cadex
深循环电池
深循环电池专为轮椅、高尔夫球车、叉车等供给继续电力。该电池旨在结束最大容量和合理的循环次数。这是经过添加铅板的厚度来结束的（如图2所示）。虽然该电池是为循环规划的，但彻底放电仍然会带来应力，循环次数与放电深度（DoD）相关。深循环电池以Ah或工作分钟数符号。容量一般以5小时和20小时放电速率进行额定。

深循环电池

图2：深循环电池。
深循环电池具有厚板以行进循环才华。
深循环电池一般容许大约300次循环。 感谢Cadex
建议电池不能与深循环电池交换。虽然有构思的老年人可能会想在轮椅上设备廉价的建议电池以节约本钱，但建议电池不会耐久，由于薄如海绵的板会在重复深循环中敏捷溶解。

卡车、巴士、公共安全和军用车辆都有组合建议/深循环电池，但这些设备又大又重。作为一个简略的指导方针，电池越重，所含的铅就越多，运用时间就越长。表3比较了建议电池和深循环电池在深循环时的典型寿数。
100%的放电是指彻底放电；50%是半放电，30%是中等放电，剩余70%。
您的车里是铅酸电池还是锂离子电池？
自从凯迪拉克在1912年引入起动机以来，铅酸电池一贯作为首选电池表现超卓。托马斯·爱迪生曾尝试用镍铁（NiFe）来代替铅酸电池，但由于其安定和宽恕的特性以及低本钱，铅酸电池毕竟胜出。现在，用于轿车起动电池的铅酸电池正遭到锂离子电池的应战。

图4展示了铅酸和锂离子电池的特性。两种化学物质在低温建议时表现相似。铅酸电池在W/kg方面稍好一些，但锂离子电池在循环寿数、Wh/kg的特定能量和动态充电承受度方面有显著改进。锂离子电池的缺点是每千瓦时本钱高、收回进程杂乱以及安全记载不如铅酸电池。

图4：铅酸电池和锂离子电池作为建议电池的比较。
铅酸电池在建议电池中坚持微小的领先地位。这要归功于其超卓的低温功用、低本钱、超卓的安全记载和易于收回使用[1]。
铅是有毒的，环保人士期望用其他化学物质代替铅酸电池。欧洲成功地将镍镉电池扫除在消费品之外，并在建议电池方面做出了类似的努力。可供挑选的是镍氢电池和锂离子电池，但价格太高且低温功用差。铅酸电池的99%收回率使其对环境的危害很小，很可能会继续成为首选电池。