電池大營救——充電方法對鉛酸蓄電池壽命影響的實驗探究

文 湖南省桃江縣第一中學478班 黃健昌

鉛酸蓄電池是一個相對復雜的電化學體系，影響其壽命的原因較多，包括制造電池電極的材料、工藝、活性物質的組成和結構等，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程，簡單來說，就是一種電化學反應的過程。其反應化學方程式為：

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

PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4（放電反應）

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

二、不同充電方法對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程中，充電電流保持恒定不變的充電方法。

實驗條件：選擇靜態端電壓為13.38 V、質量為4110 g、5 A放電時間≥135 min、由湖南豐日電源電氣股份有限公司生產的6-FM-24型蓄電池進行實驗。

實驗方法：用5 A恒流充電3 h，5 A恒流放電2 h，循環10周次后，電池質量為3970 g，失水 140 g，單格電池失水 23.3 g，失水率為19%（計算方法：單格電池失水=電池原質量-試驗后電池質量；單格電池失水率=單格電池失水質量÷單格電池原電解液質量）。

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

由實驗可知，電池的可接受電流隨充電過程的進行而逐漸下降。充電后期，如果充電電流仍然很大，可能會使充電電池產生部分電解水，而產生的氣體又會使析氣量急劇增加。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

恒壓充電的特點是電路設計簡單，能精確控制充電電壓的大小。缺點是充電后期電流變小，會延長充電時間。如果電池深度放電，充電初期過大的電壓會導致電流很大，從而產生很大熱量，并且也會分解水、析出氣體，造成電池失重而加速板柵腐蝕。

實驗條件：取3只蓄電池，其靜態端壓A為13.40 V，質量4010 g；B為13.40 V，質量 4015 g；C為13.40 V，質量 4055 g。3只蓄電池串聯，用5 A恒流放電的時間≥135 min，由湖南豐日電源電氣股份有限公司生產的6-FM-24型蓄電池進行實驗。

實驗方法：用恒壓45 V限流5 A充電3 h，恒流5 A放電2 h，循環11周次后對3只蓄電池稱重：A電池質量4005 g，B電池質量4010 g，C電池質量4050 g。按每只蓄電池失水5 g，計算單格電池失水為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組數據為參照）

實驗表明，當充電電壓增高至15%時，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，在實驗中我們提出將充電過程分成不同的恒流階段（如三階段充電法包括：快速充電、補足充電、涓流充電）或分成不同的恒壓階段。

為此，我們用電動車36 V充電器，恒壓在44.5 V，電流3 A，當電池電壓達到44.5 V后，立即將充電電壓降到41.3 V，轉入涓流充電。

三、實驗總結

通過實驗可知，恒流充電法在充電后期，若充電電流仍不變，會產生大量氣泡；恒壓充電法在充電開始時充電電流過大，正極板上活性物質體積收縮太快，影響活性物質的機械強度，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，形成長期充電不足。

而改用將充電過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，可大大延長蓄電池的使用壽命。