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蓄電池充電方法的研究
鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價(jià)格低廉而得到了廣泛的使用。但是，若使用不當(dāng)，其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，而采用正確的充電方式，能有效延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
研究發(fā)現(xiàn)：電池充電過(guò)程對(duì)電池壽命影響大，放電過(guò)程的影響較少。也就是說(shuō)，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見(jiàn)，一個(gè)好的充電器對(duì)蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。
1蓄電池充電理論基礎(chǔ)
上世紀(jì)60年代中期，美國(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)開(kāi)口蓄電池的充電過(guò)程作了大量的試驗(yàn)研究，并提出了以低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時(shí)間，并且對(duì)電池的容量和壽命也沒(méi)有影響。原則上把這條曲線稱(chēng)為充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向[1，2]。
很顯然，充電過(guò)程和放電過(guò)程互為逆反應(yīng)?？赡孢^(guò)程就是熱力學(xué)的平衡過(guò)程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態(tài)之下充電，必須盡量使通過(guò)電池的電流小一些。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動(dòng)勢(shì)。但是，實(shí)踐表明，蓄電池充電時(shí)，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行,而這個(gè)數(shù)值又因?yàn)殡姌O材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過(guò)了蓄電池的平衡電動(dòng)勢(shì)值。在化學(xué)反應(yīng)中，這種電動(dòng)勢(shì)超過(guò)熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。
一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生極化現(xiàn)象有3個(gè)方面的原因。
1）歐姆極化充電過(guò)程中，正負(fù)離子向兩極遷移。在離子遷移過(guò)程中不可避免地受到一定的阻力，稱(chēng)為歐姆內(nèi)阻。為了克服這個(gè)內(nèi)阻，外加電壓就必須額外施加一定的電壓，以克服阻力推動(dòng)離子遷移。該電壓以熱的方式轉(zhuǎn)化給環(huán)境，出現(xiàn)所謂的歐姆極化。隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過(guò)程中的高溫。
2）濃度極化電流流過(guò)蓄電池時(shí)，為維持正常的反應(yīng)，的情況是電極表面的反應(yīng)物能及時(shí)得到補(bǔ)充，生成物能及時(shí)離去。實(shí)際上，生成物和反應(yīng)物的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上化學(xué)反應(yīng)速度，從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā)生變化。也就是說(shuō)，從電極表面到中部溶液，電解液濃度分布不均勻。這種現(xiàn)象稱(chēng)為濃度極化。
3）電化學(xué)極化這種極化是由于電極上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的速度，落后于電極上電子運(yùn)動(dòng)的速度造成的。例如：電池的負(fù)極放電前，電極表面帶有負(fù)電荷，其附近溶液帶有正電荷，兩者處于平衡狀態(tài)。放電時(shí)，立即有電子釋放給外電路。電極表面負(fù)電荷減少，而金屬溶解的氧化反應(yīng)進(jìn)行緩慢Me－e→Me＋，不能及時(shí)補(bǔ)充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化。這種表面負(fù)電荷減少的狀態(tài)促進(jìn)金屬中電子離開(kāi)電極，金屬離子Me＋轉(zhuǎn)入溶液，加速M(fèi)e－e→Me＋反應(yīng)進(jìn)行?？傆幸粋€(gè)時(shí)刻，達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡。但與放電前相比，電極表面所帶負(fù)電荷數(shù)目減少了，與此對(duì)應(yīng)的電極電勢(shì)變正。也就是電化學(xué)極化電壓變高，從而嚴(yán)重阻礙了正常的充電電流。同理，電池正極放電時(shí)，電極表面所帶正電荷數(shù)目減少，電極電勢(shì)變負(fù)。