蓄电池技术调研报告

蓄电池技术调研报告（共8篇）

蓄电池技术调研报告 篇1

作者:辽宁电力科学研究院孔宪文桂敏言(辽宁省电力有限公司冯玉全)

【摘要】本文概述了燃料电池的工作特点和原理，介绍了发电系统的组成、国内外的研究现状，对我国应用燃料电池发电的资源条件进行了评估，展望了这一技术在电力系统的应用前景、将对电力系统产生的重要影响，它将使传统的电力系统产生重大的变革，它会使电力系统更加安全、经济。最后提出了发展燃料电池发电的具体建议。

1.引言

能源是经济发展的基础，没有能源工业的发展就没有现代文明。人类为了更有效地利用能源一直在进行着不懈的努力。历史上利用能源的方式有过多次革命性的变革，从原始的蒸汽机到汽轮机、高压汽轮机、内燃机、燃气轮机，每一次能源利用方式的变革都极大地推进了现代文明的发展。

随着现代文明的发展，人们逐渐认识到传统的能源利用方式有两大弊病。一是储存于燃料中的化学能必需首先转变成热能后才能被转变成机械能或电能，受卡诺循环及现代材料的限制，在机端所获得的效率只有33~35%，一半以上的能量白白地损失掉了;二是传统的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。对于发电行业来说，虽然采用的技术在不断地升级，如开发出了超高压、超临界、超超临界机组，开发出了流化床燃烧和整体气化联合循环发电技术，但这种努力的结果是：机组规模巨大、超高压远距离输电、投资上升，到用户的综合能源效率仍然只有35%左右，大规模的污染仍然没有得到根本解决。多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。这就是燃料电池发电技术。

1839年英国的Grove发明了燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。1889年Mood和Langer首先采用了燃料电池这一名称，并获得200mA/m2电流密度。由于发电机和电极过程动力学的研究未能跟上，燃料电池的研究直到20世纪50年代才有了实质性的进展，英国剑桥大学的Bacon用高压氢氧制成了具有实用功率水平的燃料电池。60年代，这种电池成功地应用于阿波罗(Appollo)登月飞船。从60年代开始，氢氧燃料电池广泛应用于宇航领域，同时，兆瓦级的磷酸燃料电池也研制成功。从80年代开始，各种小功率电池在宇航、军事、交通等各个领域中得到应用。

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。

大型电站，火力发电由于机组的规模足够大才能获得令人满意的效率，但装有巨型机组的发电厂又受各种条件的限制不能贴进用户，因此只好集中发电由电网输送给用户。但是机组大了其发电的灵活性又不能适应户户的需要，电网随用户的用电负荷变化有时呈现为高峰，有时则呈现为低谷。为了适应用电负荷的变化只好备用一部分机组或修建抽水蓄能电站来应急，这在总体上都是以牺牲电网的效益为代价的。传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会排放大量的有害物质。而使用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有转动部件，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%～60%，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为集木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，非常灵活。

燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电方法之一。我国人均能源资源贫乏，在目前电网由主要缺少电量转变为主要缺少系统备用容量、调峰能力、电网建设滞后和传统的发电方式污染严重的情况下，研究和开发微型化燃料电池发电具有重要意义，这种发电方式与传统的大型机组、大电网相结合将给我国带来巨大的经济效益。

2.燃料电池的特点与原理

由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。同时还有以下一些特点：

l不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率;

不管装置规模大小均能保持高发电效率;

具有很强的过负载能力;

通过与燃料供给装置组合的可以适用的燃料广泛;

发电出力由电池堆的出力和组数决定，机组的容量的自由度大;

电池本体的负荷响应性好，用于电网调峰优于其他发电方式;

用天然气和煤气等为燃料时，NOX及SOX等排出量少，环境相容性优。

如此由燃料电池构成的发电系统对电力工业具有极大的吸引力。

燃料电池按其工作温度是不同，把碱性燃料电池(AFC，工作温度为100℃)、固体高分子型质子膜燃料电池(PEMFC，也称为质子膜燃料电池，工作温度为100℃以内)和磷酸型燃料电池(PAFC，工作温度为200℃)称为低温燃料电池;把熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC，工作温度为650℃)和固体氧化型燃料电池(SOFC，工作温度为1000℃)称为高温燃料电池，并且高温燃料电池又被称为面向高质量排气而进行联合开发的燃料电池。另一种分类是按其开发早晚顺序进行的，把PAFC称为第一代燃料电池，把MCFC称为第二代燃料电池，把SOFC称为第三代燃料电池。这些电池均需用可燃气体作为其发电用的燃料。

燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池的基本工作原理。

氢-氧燃料电池反应原理

这个反映是电觧水的逆过程。电极应为：

负极：H2+2OH-→2H2O+2e-

正极：1/2O2+H2O+2e-→2OH-

电池反应：H2+1/2O2==H2O

另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。

燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极(阳极)和空气极(阴极)、及两侧气体流路构成，气体流路的作用是使燃料气体和空气(氧化剂气体)能在流路中通过。

在实用的燃料电池中因工作的电解质不同，经过电解质与反应相关的离子种类也不同。PAFC和PEMFC反应中与氢离子(H+)相关，发生的反应为：

燃料极：H2=2H++2e-(1)

空气极：2H++1/2O2+2e-=H2O(2)

全体：H2+1/2O2=H2O(3)

氢氧燃料电池组成和反应循环图

在燃料极中，供给的燃料气体中的H2分解成H+和e-，H+移动到电解质中与空气极侧供给的O2发生反应。e-经由外部的负荷回路，再反回到空气极侧，参与空气极侧的反应。一系例的反应促成了e-不间断地经由外部回路，因而就构成了发电。并且从上式中的反应式(3)可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外没有其他的反应，H2所具有的化学能转变成了电能。但实际上，伴随着电极的反应存在一定的电阻，会引起了部分热能产生，由此减少了转换成电能的比例。

引起这些反应的一组电池称为组件，产生的电压通常低于一伏。因此，为了获得大的出力需采用组件多层迭加的办法获得高电压堆。组件间的电气连接以及燃料气体和空气之间的分离，采用了称之为隔板的、上下两面中备有气体流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料组成。堆的出力由总的电压和电流的乘积决定，电流与电池中的反应面积成比。

单电极组装示意图

PAFC的电解质为浓磷酸水溶液，而PEMFC电解质为质子导电性聚合物系的膜。电极均采用碳的多孔体，为了促进反应，以Pt作为触媒，燃料气体中的CO将造成中毒，降低电极性能。为此，在PAFC和PEMFC应用中必须限制燃料气体中含有的CO量，特别是对于低温工作的PEMFC更应严格地加以限制。

磷酸型燃料电池基本组成和反应原理

磷酸燃料电池的基本组成和反应原理是：燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物，CO和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成H2和CO2。经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极(燃料极)，同时将氧输送到燃料堆的正极(空气极)进行化学反应，借助触媒剂的作用迅速产生电能和热能。

相对PAFC和PEMFC，高温型燃料电池MCFC和SOFC则不要触媒，以CO为主要成份的煤气化气体可以直接作为燃料应用，而且还具有易于利用其高质量排气构成联合循环发电等特点。

MCFC主构成部件。含有电极反应相关的电解质(通常是为Li与K混合的碳酸盐)和上下与其相接的2块电极板(燃料极与空气极)，以及两电极各自外侧流通燃料气体和氧化剂气体的气室、电极夹等，电解质在MCFC约600~700℃的工作温度下呈现熔融状态的液体，形成了离子导电体。电极为镍系的多孔质体，气室的形成采用抗蚀金属。

MCFC工作原理。空气极的O2(空气)和CO2与电相结合，生成CO23-(碳酸离子)，电解质将CO23-移到燃料极侧，与作为燃料供给的H+相结合，放出e-，同时生成H2O和CO2。化学反应式如下：

燃料极：H2+CO23-=H2O+2e-+CO2(4)

空气极：CO2+1/2O2+2e-=CO23-(5)

全体：H2+1/2O2=H2O(6)

在这一反应中，e-同在PAFC中的情况一样，它从燃料极被放出，通过外部的回路反回到空气极，由e-在外部回路中不间断的流动实现了燃料电池发电。另外，MCFC的最大特点是，必须要有有助于反应的CO23-离子，因此，供给的氧化剂气体中必须含有碳酸气体。并且，在电池内部充填触媒，从而将作为天然气主成份的CH4在电池内部改质，在电池内部直接生成H2的方法也已开发出来了。而在燃料是煤气的情况下，其主成份CO和H2O反应生成H2，因此，可以等价地将CO作为燃料来利用。为了获得更大的出力，隔板通常采用Ni和不锈钢来制作。

SOFC是以陶瓷材料为主构成的，电解质通常采用ZrO2(氧化锆)，它构成了O2-的导电体Y2O3(氧化钇)作为稳定化的YSZ(稳定化氧化锆)而采用。电极中燃料极采用Ni与YSZ复合多孔体构成金属陶瓷，空气极采用LaMnO3(氧化镧锰)。隔板采用LaCrO3(氧化镧铬)。为了避免因电池的形状不同，电解质之间热膨胀差造成裂纹产生等，开发了在较低温度下工作的SOFC。电池形状除了有同其他燃料电池一样的平板型外，还有开发出了为避免应力集中的圆筒型。SOFC的反应式如下：

燃料极：H2+O2-=H2O+2e-(7)

空气极：1/2O2+2e-=O2-(8)

全体：H2+1/2O2=H2O(9)

燃料极，H2经电解质而移动，与O2-反应生成H2O和e-。空气极由O2和e-生成O2-。全体同其他燃料电池一样由H2和O2生成H2O。在SOFC中，因其属于高温工作型，因此，在无其他触媒作用的情况下即可直接在内部将天然气主成份CH4改质成H2加以利用，并且煤气的主要成份CO可以直接作为燃料利用。

表1燃料电池的分类

类型

磷酸型燃料电池(PAFC)

熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)

固体氧化物型燃料电池(SOFC)

质子交换膜燃料电池(PEMFC)

燃料

煤气、天然气、甲醇等

煤气、天然气、甲醇等

煤气、天然气、甲醇等

纯H2、天然气

电解质

磷酸水溶液

KliCO3溶盐

ZrO2-Y2O3(YSZ)

离子(Na离子)

电极

阳极

多孔质石墨(Pt催化剂)

多孔质镍(不要Pt催化剂)

Ni-ZrO2金属陶瓷(不要Pt催化剂)

多孔质石墨或Ni(Pt催化剂)

阴极

含Pt催化剂+多孔质石墨+Tefion

多孔NiO(掺锂)

LaXSr1-XMn(Co)O3

多孔质石墨或Ni(Pt催化剂)

工作温度

~200℃

~650℃

800~1000℃

~100℃

近20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。AFC已在宇航领域广泛应用，PEMFC已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用，PAFC作为中型电源应用进入了商业化阶段，MCFC也已完成工业试验阶段，起步较晚的作为发电最有应用前景的SOFC已有几十千瓦的装置完成了数千小时的工作考核，相信随着研究的深入还会有新的燃料电池出现。

美日等国已相继建立了一些磷酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂、质子交换膜燃料电池电厂作为示范。日本已开发了数种燃料电池发电装置供公共电力部门使用，其中磷酸燃料电池(PAFC)已达到“电站”阶段。已建成兆瓦级燃料电池示范电站进行试验，已就其效率、可运行性和寿命进行了评估，期望应用于城市能源中心或热电联供系统。日本同时建造的小型燃料电池发电装置，已广泛应用于医院、饭店、宾馆等。

3.燃料电池发电系统

3.1.利用天然气的发电系统

MCFC需要供给的燃料气体是H2，它可由天然气中的CH4改质生成，其反应在改质器中进行。改质器出口的温度为600℃，符合MCFC的工作温度，可以原样直接输送到燃料极侧。

另一方面，空气极侧需要的O2通过空气压缩机供给。另一个反应因素CO2，空气极侧反应等量地再利用发电时燃料极产生的CO2。除了有CO2外，燃料极排出气体还含有未反应的可燃成份，一起输送到改质器的燃烧器侧，天然气改质所必需的热量就由该燃烧热供给。这种情况下，排出的燃料气体会含有过多的H2O，将影响发热量，为此通常是先将排出燃料气体冷却，将水份滤去后再输送到改质器的燃烧侧。从改质器燃烧侧出来的气体与来自压缩机的空气相混合后供给空气极侧。

实际的电池因内部存在电阻会发热，故通过在空气极侧中流过的大量氧化气体(阴极气体，即含有O2、CO2的气体)来除去其发生的热。通常是按600℃供给的气体在700℃下排出，这一指标可通过在空气极侧进行流量调整来控制，为此采用阴极气体的再循环，即，空气极侧供给的气体为以改质器燃烧排气与部分空气极侧排出气体的混合体，为了保持电池入口和出口的温度为最佳温度，可将再循环流量与外部供给的空气流量一起调整。

来自空气极侧的排气为高温，送入最终的膨胀式透平，进行动力回收，作为空气压缩动力而应用。剩余的动力，由发电机发电回收，从而可以提高整套系统的效率。另外，天然气改质所必需的H2O(水蒸汽)可从排出的燃料气体中回收的H2O来供给。

这种系统的效率可达55~60%。在整套出力中MCFC发电量份额占90%。绝大部分的发电量是由MCFC生产的。如果考虑到排气形成的动力回收和若干的附加发电，广义上也可以称为联合发电。

在使用PAFC的情况下，若以煤炭为燃料发电时就不容易了，采用天然气时，其构成类似于MCFC机组，基本上是由电池本体发电。原因是PAFC排出气体温度较低，与其进行附加发电不如作为热电联产电源。

SOFC能和较高温度的排气体构成附加发电系统，由于SOFC不需要CO2的再循环等，结构简单，其发电效率可以达到50~60%。

3.2利用煤炭的发电系统

以MCFC为例进行介绍。煤炭需经煤气化装置生成作为MCFC可用燃料的CO及H2，并在进入MCFC前除去其中含有的杂质(微量的杂质就会构成对MCFC的恶劣影响)，这种供给MCFC精制煤气，其压力通常高于MCFC的工作压力，在进入MCFC供气前先经膨胀式涡轮机回收其动力。涡轮机出口气体，经与部分来自燃料极(阳极)排出的高温气体(约700℃)相混合，调整为对电池的适宜温度(约600℃)。该阳极气体的再循环是，将排出的燃料气体中所含的未反应的燃料成分返回入口加以再利用，借以达到提高燃料的利用率。向空气极侧供给O2和CO2是通过空气压缩机输出的空气和排出燃料气体相混合来完成的。但是，碳酸气是采用触媒燃烧器将未燃的H2及CO变换成H2O和CO2后供给的。

实际的燃料电池，内部电阻会发热，将通过在空气极侧流过的大量的氧化剂气体(阴极气体，即含有O2和CO2的气体)而除去。通常通过调整空气极侧的流量，把以600℃供给的气体在700℃排出。为此采用了阴极气体再循环，使空气极侧的排气形成约700℃的高温。因此，在这个循环回路中设置了热交换器，将气体温度冷却到600℃，形成电池入口适宜的温度，与来自触媒燃烧器的供给气体相混合。空气极侧的出入口温度，取决于再循环和来自压缩机的供给空气流量和再循环回路中的热交换量。

排热回收系统(末级循环)，是由利用空气极侧排气的膨胀式涡轮机和利用蒸汽的汽轮机发电来构成。膨胀式涡轮机与压缩机的相组合，其剩余动力用于发电。蒸汽是由来自其下流的热回收和煤气化装置以及阴极气体再循环回路中的蒸汽发生器之间的组合产生，形成汽水循环。

这种机组的发电效率，因煤气化方式和煤气精制方式等的不同而有若干差异。利用煤系统SOFC其构成是复杂的。但若用管道气就简单多了，主要的是采用煤炭气化系统造成的，其效率为45~55%。

4.我国燃料电池的发展状况

我国的燃料电池研究始于1958年，原电子工业部天津电源研究所最早开展了MCFC的研究。70年代在航天事业的推动下，中国燃料电池的研究曾呈现出第一次高潮。其间中国科学院大连化学物理研究所研制成功的两种类型的碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统(千瓦级AFC)均通过了例行的航天环境模拟试验。1990年中国科学院长春应用化学研究所承担了中科院PEMFC的`研究任务，1993年开始进行直接甲醇质子交换膜燃料电池(DMFC)的研究。电力工业部哈尔滨电站成套设备研究所于1991年研制出由7个单电池组成的MCFC原理性电池。“八五”期间，中科院大连化学物理研究所、上海硅酸盐研究所、化工冶金研究所、清华大学等国内十几个单位进行了与SOFC的有关研究。到90年代中期，由于国家科技部与中科院将燃料电池技术列入“九五”科技攻关计划的推动，中国进入了燃料电池研究的第二个高潮。质子交换膜燃料电池被列为重点，以大连化学物理研究所为牵头单位，在中国全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究，并组装了多台百瓦、1kW-2kW、5kW和25kW电池组与电池系统。5kW电池组包括内增湿部分其重量比功率为100W/kg，体积比功率为300W/L。

我国科学工作者在燃料电池基础研究和单项技术方面取得了不少进展，积累了一定经验。但是，由于多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对燃料电池十分重视，和两次在香山科学会议上对我国燃料电池技术的发展进行了专题讨论，强调了自主研究与开发燃料电池系统的重要性和必要性。近几年我国加强了在PEMFC方面的研究力度。

大连化学物理研究所与中科院电工研究所已完成30kW车用用燃料电池的全部试验工作。北京富原公司也宣布，将提供40kW的中巴燃料电池，并接受订货。科技部副部长徐冠华一年前在EVS16届大会上宣布，中国将在20装出首台燃料电池电动车。我国燃料电池的研究工作已表明：1.中国的质子交换膜燃料电池已经达到可以装车的技术水平;2.大连化学物理研究所的质子交换膜燃料电池是具有我国自主知识产权的高技术成果;3.在燃料电池研究方面我国可以与世界发达国家进行竞争，而且在市场份额方面，我国可以并且有能力占有一定比例。

但是我国在PAFC、MCFC、SOFC的研究方面还有较大的差距，目前仍处于研制阶段。

此前参与燃料电池研究的有关概况如下：

4.1.PEMFC的研究状况

我国最早开展PEMFC研制工作的是长春应用化学研究所，该所于1990年在中科院扶持下开始研究PEMFC，工作主要集中在催化剂、电极的制备工艺和甲醇外重整器的研制,已制造出100WPEMFC样机。1994年又率先开展直接甲醇质子交换膜燃料电池的研究工作。该所与美国CaseWesternReserve大学和俄罗斯氢能与等离子体研究所等建立了长期协作关系。

中国科学院大连化学物理所于1993年开展了PEMFC的研究,在电极工艺和电池结构方面做了许多工作，现已研制成工作面积为140cm2的单体电池，其输出功率达0.35W/cm2。

清华大学核能技术设计院1993年开展了PEMFC的研究,研制的单体电池在0.7V时输出电流密度为100mA/cm2，改进石棉集流板的加工工艺，并提出列管式PEMFC的设计，该单位已与德国Karlsrube研究中心建立了一定的协作关系。

天津大学于1994年在国家自然科学基金会资助下开展了PEMFC的研究，主要研究催化剂和电极的制备工艺。

复旦大学在90年代初开始研制直接甲醇PEMFC，主要研究聚苯并咪唑膜的制备和电极制备工艺。

厦门大学近年来与香港大学和美国的CaseWesternReserve大学合作开展了直接甲醇PEMFC的研究。

1994年，上海大学与北京石油大学合作研究PEMFC(“八五”攻关项目)，主要研究催化剂、电极、电极膜集合体的制备工艺。

北京理工大学于1995年在兵器工业部资助下开始了PEMFC的研究，目前单体电池的电流密度为150mA/cm2。

中国科学院工程热物理研究所于1994年开始研究PEMFC，主营使用计算传热和计算流体力学方法对各种供气、增湿、排热和排水方案进行比较，提出改进的传热和传质方案。

天津电源研究所开始PEMFC的研究,拟从国外引进1.5kW的电池，在解析吸收国外先进技术的基础上开展研究。

华南理工大学于19初在广东省佛山基金资助下开展了PEMFC的研究，与国家科委电动车示范区建设相配合作了一定的研究工作。其天然气催化转化制一氧化碳和氢气的技术现已申请国家发明专利。

中科院电工研究所最近开展了电动车用PEMFC系统工程和运行模式研究，拟与有色金属研究院合作研究PEMFC/光伏电池(制氢)互补发电系统和从国外引进PEMFC装置。

1995年北京富原公司与加拿大新能源公司合作进行PEMFC的研制与开发，5kW的PEMFC样机现已研制成功并开始接受订货。

4.2.MCFC的研究简况

国内开展MCFC研究的单位不太多。哈尔滨电源成套设备研究所在80年代后期曾研究过MCFC，90年代初停止了这方面的研究工作。

1993年中国科学院大连化学物理研究所在中国科学院的资助下开始了MCFC的研究，自制LiAlO2微粉，用冷滚压法和带铸法制备出MCFC用的隔膜，组装了单体电池，其性能已达到国际80年代初的水平。

90年代初，中国科学院长春应用化学研究所也开始了MCFC的研究，在LiAlO2微粉的制备方法研究和利用金属间化合物作MCFC的阳极材料等方面取得了很大进展。

北京科技大学于90年代初在国家自然科学基金会的资助下开展了MCFC的研究，主要研究电极材料与电解质的相互作用，提出了用金属间化合物作电极材料以降低它的溶解。

中国科学院上海冶金研究所近年来也开始了MCFC的研究，主要着重于研究氧化镍阴极与熔融盐的相互作用。

1995年上海交通大学与长庆油田合作开始了MCFC的研究，目标是共同开发5kW～10kW的MCFC。

中国科学院电工研究所在“八五”期间，考察了国外MCFC示范电站的系统工程，调查了电站的运行情况，现已开展了MCFC电站系统工程关键技术的研究与开发。

4.3.SOFC的研究简况

最早开展SOFC研究的是中国科学院上海硅酸盐研究所他们在1971年就开展了SOFC的研究，主要侧重于SOFC电极材料和电解质材料的研究。80年代在国家自然科学基金会的资助下又开始了SOFC的研究，系统研究了流延法制备氧化锆膜材料、阴极和阳极材料、单体SOFC结构等，已初步掌握了湿化学法制备稳定的氧化锆纳米粉和致密陶瓷的技术。

吉林大学于1989年在吉林省青年科学基金资助下开始对SOFC的电解质、阳极和阴极材料等进行研究,组装成单体电池，通过了吉林省科委的鉴定。1995年获吉林省计委和国家计委450万元人民币的资助，先后研究了电极、电解质、密封和联结材料等,单体电池开路电压达1.18V，电流密度400mA/cm2，4个单体电池串联的电池组能使收音机和录音机正常工作。

1991年中国科学院化工冶金研究所在中国科学院资助下开展了SOFC的研究，从研制材料着手,制成了管式和平板式的单体电池，功率密度达0.09W/cm2～0.12W/cm2，电流密度为150mA/cm2～180mA/cm2，工作电压为0.60V～0.65V。1994年该所从俄罗斯科学院乌拉尔分院电化学研究所引进了20W～30W块状叠层式SOFC电池组,电池寿命达1200h。他们在分析俄罗斯叠层式结构、美国Westinghouse的管式结构和德国Siemens板式结构的基础上，设计了六面体式新型结构，该结构吸收了管式不密封的优点，电池间组合采用金属毡柔性联结，并可用常规陶瓷制备工艺制作。

中国科学技术大学于1982年开始从事固体电解质和混合导体的研究，于1992年在国家自然科学基金会和“863”计划的资助下开始了中温SOFC的研究。一种是用纳米氧化锆作电解质的SOFC，工作温度约为450℃。另一种是用新型的质子导体作电解质的SOFC，已获得接近理论电动势的开路电压和200mA/cm2的电流密度。此外,他们正在研究基于多孔陶瓷支撑体的新一代SOFC。

清华大学在90年代初开展了SOFC的研究，他们利用缓冲溶液法及低温合成环境调和性新工艺成功地合成了固体电解质、空气电极、燃料电极和中间联结电极材料的超细粉,并开展了平板型SOFC成型和烧结技术的研究,取得了良好效果。

华南理工大学于1992年在国家自然科学基金会、广东省自然科学基金、汕头大学李嘉诚科研基金、广东佛山基金共一百多万元的资助下开始了SOFC的研究,组装的管状单体电池，用甲烷直接作燃料,最大输出功率为4mW/cm2，电流密度为17mA/cm2，连续运转140h，电池性能无明显衰减。

中国科学院山西煤炭化学研究所在1994年开始SOFC研究，用超细氧化锆粉在1100℃下烧结制成稳定和致密的氧化锆电解质。该所从80年代初开始煤气化热解的研究，以提供燃料电池的气源。煤的灰熔聚气化过程已进入工业性试验阶段，正在镇江市建立工业示范装置。该所还开展了使煤气化热解的煤气在高温下脱硫除尘和甲醇脱氢生产合成气的研究，合成气中CO和H2的比例为1∶2，已有成套装置出售。

中国科学院大连化学物理所于1994年开展了SOFC的研究工作，在电极和电解质材料的研究上取得了可喜的进展。

蓄电池技术调研报告 篇2

1. 各种电气联接的接触面都存在接触电阻。

因此, 对于经常大量电流流过的导线来说, 必须减少以至消除接触电阻。

消除方法:取石墨电极或石墨碳刷 (废碳刷) 造成粉末 (越清洁越好, 细度不低于200目) 与医用凡士林。按4:1混合调匀后, 再滴入变压器油少许, 并搅拌成膏状。它被广泛用于低电压、大电流的用电设备, 可涂在清洁干燥蓄电池接线柱的接触面上, 会降低接触电阻40%以上。若采用商品导电膏则节电效果更好。

2. 蓄电池加v-6型特效激活剂

将v-6型特效激活剂加入正常使用的蓄电池中, 能抑制、防止及消除极板硫化, 增强它的复原和自我重新充电的能力, 可使硫化失效的蓄电池“再生复活”。对硫化严重而机械结构完好, 不能充电使用的报废蓄电池, 加v-6型特效激活剂, 静置24小时后可恢复其使用效能, 经过一次充电后可达额定容量的40%~60%。并可减少蓄电池的内阻, 增大其容量和输出功率, 使充电时间减少到25%, 节电30%~40%。

3.

增大使用导线截面, 设法缩短布线长度, 合理增大铜导线截面, 取负载电流每平毫米1~2安最好, 可达到降低线损节点的目的。

二、使用过的蓄电池, 不投运的保管方法

1. 把蓄电池存放在干燥、清洁、通风良好的室内。

在1~2月内检查蓄电池的液面是否高出极板12毫米左右, 否则, 需加蒸馏水补充到正常高度。

2.

在蓄电池的顶端位置上, 不能放置金属裸体导线、扳手、改锥等, 以防极间短路和形成对地打火。

3. 当人进入蓄电池保管室作清洁工作时, 只能用干毛巾干面纱进行擦拭, 把污垢除尽为止。

不能在室内打火吸烟, 否则, 烟火与蓄电池自放电析出氢、氧气体接触, 引起燃烧, 造成意外事故。与此同时, 分别测试蓄电池的电解液温度, 是否超过室温25℃, 若超过, 将它从蓄电池群中搬出, 远离保管室后, 进行仔细彻底检查, 及时把故障排除后, 准许在同一处保管。否则, 另放他处加强监视。

4. 蓄电池的负极自放电析出氢气, 和正极自放电析出氧气, 互相扩散到异极周围, 均会导致正负极板再次形成自放电。

蓄电池在加蒸馏水时带入杂质, 及存放时上、下比重不匀, 会引起的自行放电。

在正常情况下24小时内容量下降2%。相反, 在污秽、气候潮湿的条件下, 通过测试均会下降5%或更多些。

上述自放电的结果, 会使蓄电池的正负极硫化, 不仅容量下降, 甚至损坏不能使用, 因此, 应及时充电。

5. 蓄电池充电时的注意事项, 当蓄电池自行放电后, 经检查其电解液的比重降到1.175时, 要及时给予充电, 使比重重新恢复到正常值1.255时, 方可停止。

在充电的同时, 尽量避免过充电、过放电、强充电、强放电及充电不足, 不然均会影响使用寿命。

6. 蓄电池在保管过程中的注意事项

(1) 在蓄电池的保管室中, 不能放置机油、酒精、棉花、秸秆等挥发物和易燃物。

(2) 蓄电池容量过大时, 设专人、专室保管。从蓄电池自行放电时逸出氢和氧属自燃、助燃气体, 当浓度超过允许值0.2%以上, 要增设换气扇, 把可燃气体从室内排除到室外。如条件允许, 可装设具有自动开机、关机功能的气敏电子自动监控器。

(3) 注液口的胶囊要拧紧, 通气孔无异物阻塞, 确保良好的畅通状态, 使氢、氧逸出保证必要条件。同时做到防冻、防火、防雷、防雨等。

(4) 蓄电池不能采用触地重叠放置, 其四周必须保证足够间距, 使空气流通散热;放置在人行通道以防意外事故的发生。

7. 蓄电池外壳若有裂缝, 可采用新材料硫酸凝固剂补缝。

它是乳白色液体, 无毒、无味、无刺激、不燃、不爆, 而且存放在密封的非金属容器内, 长期保存其质不变。但要注意:不能与酸、碱接触!

它与同体积的硫酸混合均匀, 立即注入蓄电池中, 待12小时后凝固成胶装固体, 堵塞漏缝、漏洞, 从不漏酸、冒酸、加酸, 安全可靠, 维修方便, 直至蓄电池使用寿命告终为止。

摘要：运行中的蓄电池几项行之有效的节电技术及使用过的蓄电池不投运的保管方法 。

铅酸蓄电池漏夜问题的技术改进 篇3

【关键词】端子爬酸 压铸 冷压 螺纹行程

【中图分类号】TP311 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0010-01

正文：

1.电池在整车上的作用及工作原理

蓄电池是一种可逆直流电源，在汽车上与发电机并联，它的主要作用是：

（1）发动机起动时，向起动机和点火系供电。

（2）发电机不发电，或电压较低时，向用电设备供电。

（3）当发电机超载时，可以协助发电机向用电设备供电。

（4）当发电机的端电压高于蓄电池的电动势时，蓄电池会将一部分电能转化为化学能储藏起来，也就是我们所说的充电。另外，它还相当于一个较大的容器，具有稳定电网电压的作用。

2.铅酸蓄电池漏液的几种状态及危害

铅酸蓄电池漏液故障是蓄电池常见的一种故障模式。毛细现象是导致电池端子爬酸的主要原因。根据蓄电池的工作原理可以知道，发动机在运转时，发电机会以一定的电压给蓄电池充电。在整个充电过程中，蓄电池内部发生化学反应，再加上整车上蓄电池周围环境的因素，在蓄电池槽体内部会产生一些气体。比如，H2，O2和酸雾。正常情况下，H2和O2由于是小分子，在整车运动过程中大部门会通过蓄电池小盖憎水的滤气片排出，而蓄电池内部的酸雾则会蓄电池壳体上有裂纹或壳体与端子接触的部位，由于不同的物相界面间存在微小的缝隙，铅与PP料的结合存在着这一问题，酸液会沿着这些微小的缝隙向外渗出。这就是因为毛细现象的存在导致了蓄电池的端子爬酸。

在铅酸蓄电池的售后市场上，蓄电池漏液的方式主要有以下几种：

（1）蓄电池正负极极柱爬酸：铅圈与塑料接触处

蓄电池极柱与外壳盖之间的密封质量也是影响蓄电池循环寿命的主要因素之一。极柱的密封结构有树脂密封结构、树脂两次密封结构、机械压缩式密封结构、HAGEN专利极柱密封结构。起动用蓄电池极柱密封普遍采用的方法是，先将熔融的PP料与铅圈通过注塑工艺连接在一起，再将极柱同蓄电池盖上的铅圈焊接在一起。一般蓄电池使用一年以上就会有个别蓄电池端子外产生漏液，并且正极比负极严重，这是目前国内生产的蓄电池普遍存在的问题。通过对端子漏液的蓄电池解剖发现，极柱端子已被腐蚀，硫酸沿着腐蚀通道在毛细现象作用下，渗到端子表面产生漏液。这种现象也叫爬酸或渗漏，端子腐蚀是在酸性条件下被氧气氧化所致。

腐蚀产生的氧化铅和硫酸铅都是多孔状的，硫酸在内部气压和毛细现象的作用下，会沿着缝隙渗到外面而产生漏液。相对而言，当铅圈与PP料结合正常时，由于毛细现象的作用，酸液会逐步腐蚀铅圈，由于时间的推移，腐蚀现象一步步延伸，一步步加重，再加上蓄电池工作环境温度可能达到70℃以上，铅与塑料的膨胀系数并不相同，随着时间的推移，端子与PP料间的缝隙越来越大，越来越深，直至渗出。这种腐蚀速度比较缓慢，因此要在使用较长一段时间后才产生漏液，同时正极腐蚀速度大于负极，因此正极漏液更严重。

由于焊接一般采用的是乙炔氧气焊接，焊接时极柱表面会形成一层氧化铅，氧化铅很容易同硫酸反应，因而更加快了腐蚀速度，缩短了产生漏液时间。（端子焊接时产生的氧化铅似乎不会跟端子爬酸有明显关系。）

（2）蓄电池核电指示器（观察孔）处的漏液：

蓄电池的核电指示器是用来观察蓄电池的状态的，正常情况下观察孔显示蓝色说明蓄电池状态良好；观察孔显示黑色说明电池需要充电；观察孔显示白色说明电池需要更换。由于核电指示器与蓄电池配合的不够紧密，再加上壳体与指示器的热膨胀状况。经常会有酸雾通过指示器与蓄电池之前的装配间隙而发散出来形成一种白色的结晶体，从而容易造成指示器失灵，造成误判。

（3）蓄电池槽体的漏液。大多数是因为槽体质量和材料的原因，或者槽体受到震动或外部损坏产生裂纹等，在蓄电池充放电或整车运转的时候造成电解液的渗漏。渗出的电解液可以腐蚀蓄电池支撑架并给周围环境带来影响。

3.蓄电池漏液的改进方案（1）端子的形成采用自动焊接设备，冷压成型工艺。冷压端子与压铸端子的对比

自动焊接设备可以保证焊接工艺的一致性，采用冷压工艺可以有效的改善端子外表面的粗糙度，减少端子与PP料间的缝隙，从而使端子和盖体进行良好的衔接。

（2）改进端子的结构设计，增大端子上的螺纹行程。端子和盖体是两种不同的材料，随着时间和外界环境温度的影响以及伸缩比的不同容易出现裂纹。由于毛细现象，端子爬酸难于根除，所以会导致极柱的腐蚀。增加端子的行程后，相当于增长了酸液的爬酸路径，可以提高其寿命。

4.总结

端子爬酸是蓄电池常见的一种失效模式。此种问题不至直接导致蓄电池本身报废，还会腐蚀连接线，长时间的这种故障甚至可以给电器系统带来严重的短路风险和整车抛锚故障。为了使电池能够使用的更加长久，汽车能够正常运行，更为了保护客户的生命和财产安全，我们需要采取各种方法，尽力减少这方面的问题。

对于起动型铅酸蓄电池而言，毛细现象是导致端子爬酸的根源，由于不同材料结合在一起，无法避免两者之间有小缝隙，所以无法保证端子与塑料的完美结合。但我们可以通过种种办法改进，从而减少或减小缝隙。改进的思路主要有三种：1、改善端子：使用更光滑，行程更长的端子。2、改善塑料：选用与铅结合较好的塑料，如：热膨胀系数更加相近。3、改善端子与塑料的结合方式：如用特殊材料处理端子表面，使其跟塑料有更好的结合能力。

蓄电池技术调研报告 篇4

反馈我公司生产的免维护蓄电池出现批量质量问题。主要症状：电眼发白、短路、不存电现象。质量问题电池均为MF45、MF54、L400这些型号，共有40只左右，其中MF45电池占总数的65％。电池生产日期均为2007年7—10月份，10月份以后生产的占5％左右。

对于近期安徽合肥发生的批量质量问题，公司高层非常关注！责成技术、品管、生产和销售部门主要负责人成立质量调查小组，对退回的电池进行解剖分析，并作出科学的真实的分析报告。

经我们解剖检测、认真细致的分析，得出的结论为：

1． 由于07年8—9月份公司涂板机为单面涂板，生板两面涂膏量不均匀，在使用过

程中经过循环充放电与高温环境条件（尤其是用于出租车）使极板产生弯曲，在频繁的震动中与隔板发生摩擦使隔板刺穿产生短路；

2． 生产环境，工装设备因素（比如涂板用的铁架子）使用中的污染，造成生极板铁

离子偏高，使电池自放电大，导致不存电；

3． 区域的不同，所用的车型也不一样。合肥区域所用的大部分是羚羊、夏利等作为

出租车，由于这两款车的内部结构，充电量的缘故也对蓄电池的寿命有一定的影

响。

4．PE隔板在出租车上使用存在不足之处，路况不好，车况不好及高温环境，PE隔

板极易穿透，发生短路。

我们针对分析结论，作出了如下整改：

1．2007年10月份后全部实行双面涂板，使生极板表层光滑、涂膏均匀，达到一定的平整度，减少震动时的摩擦力，避免了隔板穿刺；

2．工装设备采用高纯度不锈钢，减少了对生产环节的污染，使电池自放电减到最低

值；

3．08年6月份后免维护蓄电池隔板均采用PE复合型（在PE隔板里层加一层复合隔板，国内首家），更好的保护了隔板与极板的摩擦力，使装配更紧，避免了极板

松动，后期起动更稳定，增强蓄电池的寿命，更好的适应适应了各车型；

4． 进一步对现场操作人员培训和督导；

通过切实有效的整改，问题也得到了根本的遏制。在激烈的市场竞争中，质量就是企业的生命，制造者的人品。我们会更加努力，做更好的产品、更优质的服务！

浙江巨江电源制造有限公司

电池生产实习报告 篇5

理士企业创立于九十年代中期，是专门从事leoch(理士)牌全系列阀控式密封铅酸蓄电池的研制、开发、制造和销售的国际化新型科技企业。经过多年专心经营，理士企业已成为国内专业的阀控式密封铅酸蓄电池的优秀制造商，现已在国内建立了深圳、东莞、江苏、肇庆、安徽五个生产基地。国内占地面积50多万平方米，拥有36条电池生产线及其相应的检测设备，以及肇庆、江苏两个专门蓄电池实验试冬共同构成我公司先进而雄厚的研发制造能力。目前国内共有职工6000余人，技术研发职员300余人，主要生产各种型号的agm阀控式密封铅酸蓄电池、胶体(gel)阀控式密封铅酸蓄电池，opzv、opzs、pzs、pzv、pzb管式极板铅酸蓄电池，汽车用铅酸蓄电池，摩托车用铅酸蓄电池，高尔夫球车用铅酸蓄电池，电动助力车用铅酸蓄电池等系列产品。广泛应用于通讯、电力、广电、铁路、太阳能、ups、电动车、汽车、摩托车、高尔夫球车、叉车、应急灯等十几个相关产业，年生产能力总和超过400万千伏安时。前瞻的研发队伍和高素质的制造水准让企业具有国际性的竞争力和全球性的影响力。企业在美国、欧洲成立销售公司，拥有国内外30余个销售公司及办事处，其销售网络遍及全球110多个国家和地区，并与国内外数家优秀运营商建立了良好的合作伙伴关系。理士企业在实践中不断开拓创新、努力进取。在品质控制上，成立专业的质量治理中心。成功通过了iso9001、ts的质量体系认证、iso、ohsas认证；产品被国家质检单位评为“产品质量国家免检”证书，并在各工厂推进精益生产治理，以进步产品的国际竞争力。企业在中国率先通过了英国iec产品认证，同时还获得了德国vds产品认证、iso9001和iso认证、泰尔认证、欧盟ce认证、美国ul认证、俄罗斯的pocc认证和肯尼亚国家认证，以及中国质量免检证书、国家蓄电池检测中心、***邮电产业产品质量监视检验中心、中国计量科学研究院、电力产业电力设备及仪表质量检验测试中心、中国电信、中国移动、中国联通、广播电视、中国船级社认证、国防总参的进围检测和金太阳认证等。公司与国外著名电池公司进行了多项技术协作，引进国内外先进设备和仪器，拥有多项国家专利技术，制造能力达到了国际先进水平。并与国内着名高校进行持续地技术交流合作，建立产学研基地，进步企业自主创新能力，为企业早日成为全球化的，有竞争力的电池与电池相关产品的领军制造商，奠定了坚实的基础。

二、实习内容

1、蓄电池分类按我国有关标准规定主要蓄电池系列产品有：起动型蓄电池：主要用于汽车、拖拉机、柴油机船舶等起动和照明。固定型蓄电池：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源。牵引型蓄电池：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源。铁路用蓄电池：主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车起动、照明之动力。摩托车蓄电池：主要用于各种规格摩托车起动和照明。煤矿用蓄电池：主要用于电力机车牵引动力电源。储能用蓄电池：主要用于风力、水力发电电能储存。按蓄电池极板结构分类：有形成式、涂膏式和管式蓄电池。按蓄电池盖和结构分类：有开口式、排气式、防酸隔爆式和密封阀控式蓄电池。按蓄电池维护方式分类：有普通式、少维护式、免维护式蓄电池。

2、铅蓄电池工作原理铅蓄电池由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅(pbo2)，负极板是灰色的绒状铅(pb)，当两极板放置在浓度为27%～37%的硫酸(h2so4)水溶液中时，极板的铅和硫酸发生化学反应，二价的铅正离子(pb2+)转移到电解液中，在负极板上留下两个电子(2e-)。由于正负电荷的引力，铅正离子聚集在负极板的四周，而正极板在电解液中水分子作用下有少量的二氧化铅(pbo2)渗透电解液，其中两价的氧离子和水化合，使二氧化铅分子变成可离解的一种不稳定的物质——氢氧化铅〔〕。氢氧化铅由4价的铅正离子(pb4+)和4个氢氧根〔4(oh)-〕组成。4价的铅正离子(pb4+)留在正极板上，使正极板带正电。由于负极板带负电，因而两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。当接通外电路，电流即由正极流向负极。在放电过程中，负极板上的电子不断经外电路流向正极板，这时在电解液内部因硫酸分子电离成氢正离子(h+)和硫酸根负离子(so42-)，在离子电场力作用下，两种离子分别向正负极移动，硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸铅(pbso4)。在正极板上，由于电子自外电路流进，而与4价的铅正离子(pb4+)化合成2价的铅正离子(pb2+)，并立即与正极板四周的硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上

随着蓄电池的放电，正负极板都受到硫化，同时电解液中的硫酸逐渐减少，而水分增多，从而导致电解液的比重下降在实际使用中，可以通过测定电解液的比重来确定蓄电池的放电程度。在正常使用情况下，铅蓄电池不宜放电过度，否则将使和活性物质混在一起的细小硫酸铅晶体结成较大的体，这不仅增加了极板的电阻，而且在充电时很难使它再还原，直接影响蓄池的容量和寿命。铅蓄电池充电是放电的逆过程。

铅酸蓄电池充、放电化学反应的原理方程式如下：

３、铅蓄电池的工艺流程及主要设备

铅粉制造、板栅铸造、极板制造、极板化成、装配电池

铅粉制造设备：铸粒机或切段机、铅粉机及运输储存系统；

板栅铸造设备：熔铅炉、铸板机及各种模具；

极板制造设备：和膏机、涂片机、表面干燥、固化干燥系统等；

极板化成设备：充放电机；

水冷化成及环保设备；

装配电池设备：汽车蓄电池、摩托车蓄电池、大中小型密封阀控铅酸蓄电池装配线；

电池检测设备：各种电池性能检测。

典型铅酸蓄电池工艺过程概述

铅酸蓄电池主要由电池槽、电池盖、正负极板、稀硫酸电解液、隔板及附件构成。

４、工艺制造

铅粉制造：将1#电解铅用专用设备铅粉机通过氧化筛选制成符合要求的铅粉。

板栅铸造：将铅锑合金、铅钙合金或其他合金铅通常用重力铸造的方式铸造成符合要求的不同类型各种板板栅。

极板制造：用铅粉和稀硫酸及添加剂混合后涂抹iso9001于板栅表面再进行干燥固化即是生极板。

极板化成：正、负极板在直流电的作用下与稀硫酸的通过氧化还原反应生产氧化铅，再通过清洗、干燥即是可用于电池装配所用正负极板。

装配电池：将不同型号不同片数极板根据不同的需要组装成各种不同类型的蓄电池。

（各单位因工艺条件不同可选择不同的流程）

板栅铸造简介

板栅是活性物质的载体，也是导电的集流体。普通开口蓄电池板栅一般用铅锑合金铸造，免维护蓄电池板栅一般用低锑合金或铅钙合金铸造，而密封阀控铅酸蓄电池板栅一般用铅钙合金铸造。

第一步：根据电池类型确定合金铅型号放进铅炉内加热熔化，达到工艺要求后将铅液铸进金属模具内，冷却后出模经过修整码放。

第二步：修整后的板栅经过一定的时效后即可转进下道工序。

板栅主要控制参数 ：板栅质量；板栅厚度；板栅完整程度；板栅几何尺寸等；

铅粉制造简介

铅粉制造有岛津法和巴顿法，其结果均是将1#电解铅加工成符合蓄电池生产工艺要求的铅粉。铅粉的主要成份是氧化铅和金属铅，铅粉的质量与所制造的质量有非常密切的关系。在我国多用岛津法生产铅粉，而在欧美多用巴顿法生产铅粉。

岛津法生产铅粉过程简述如下：

第一步：将化验合格的电解铅经过铸造或其他方法加工成一定尺寸的铅球或铅段；

第二步：将铅球或铅段放进铅粉机内，铅球或铅段经过氧化天生氧化铅；

第三步：将铅粉放进指定的容器或储粉仓，经过2-3天时效，化验合格后即可使用。

铅粉主要控制参数 :氧化度；视密度；吸水量；颗粒度等；

极板制造简介

极板是蓄电池的核心部分，其质量直接影响着蓄电池各种性能指标。涂膏式极板生产过程简述如下：

第一步：将化验合格的铅粉、稀硫酸、添加剂用专用设备和制成铅膏；

第二步：将铅膏用涂片机或手工填涂到板栅上；

第三步：将填涂后的极板进行固化、干燥，即得到生极板。

生极板主要控制参数 :铅膏配方；视密度；含酸量；投膏量；厚度；游离铅含量；水份含量等。

装配工艺简介

蓄电池装配对汽车蓄电池和密封阀控铅酸蓄电池有较大的区别，密封阀控铅酸蓄电池要求紧装配一般用agm隔板,而汽车蓄电池一般用pe、pvc或橡胶隔板。装配过程简述如下：

第一步：将化验合格的极板按工艺要求装进焊接工具内；

第二步：铸焊或手工焊接的极群组放进清洁的电池槽；

第三步：汽车蓄电池需经过穿壁焊和热封后即可,而密封阀控铅酸蓄电池若采用abs电池槽需用专用粘合剂粘接。

电池装配主要控制参数:汇流排焊接质量和材料；密封性能、正、负极性等。

化成工艺简介

极板化成和蓄电池化成是蓄电池制造的两种不同方法，可根据具体情况选择。极板化成一般相对较轻易控制本钱较高且环境污染需专门治理。蓄电池化成质量控制难度较大，一般对所生产的生极板质量要求较高，但本钱相对低一些。密封阀控铅酸蓄电池化成简述如下：

第一步：将化验合格的生极板按工艺要求装进电池槽密封；

第二步：将一定浓度的稀硫酸按规定数目灌进电池；

第三步：经放置后按按规大小通直流电，一般化成后需进行放电检查配组后进库预备出厂。

电池化成主要控制参数 :罐酸量；罐酸密度；罐酸温度；充电量和时间等。

使用与维护

铅酸蓄电池以其制造工艺简单、原材料来源丰富、价格适中在二次化学电源中起着不可替换的作用，特别是阀控电池的出现又使传统的蓄电池焕发出了勃勃生机。蓄电池使用寿命与制造有着密切的关系，同时与使用方法也有很大的影响，正确把握的使用方法对延长蓄电池的寿命大有益处。对于传统开口式蓄电池日常须对以下几方面留意：

①电解液的数目、密度以及充电程度等方面加以留意，尤其是与其密切相关的充电系统特别关心，若充电量较大则蓄电池失水多，轻易造成极板的活性物质脱落，造成底部短路使电池内部温度较高而缩短寿命，若充电量较小则轻易造成电池的亏电，蓄电池在长期亏电的情况下，可导致极板的不可逆硫酸盐化，其表现是充电过程电压上升较快，很短时间完成，放电时电压下降迅速。

②电解液的纯度，一般采用蓄电池专用电解液或补充液灌注，严禁用普通硫酸和自来水替换。

③日常使用表面保持清洁，排气口畅通。

④放置不用时应先布满电，同时三个月进行一次补充电。

对于密封阀控铅酸蓄电池日常须对以下几方面留意：

①留意充电电压的范围浮充使用时电压一般控制在2.15±0.1v/单格，循环使用时电压一般控制在2.35±0.1v/单格，若说明书有要求时应按说明书操纵。

②留意使用环境温度，一般不超过30度为宜。温度变化较大时应加强对电压的调节。

③对于不同厂家的产品不可混用，同一厂家的产品新旧不可混用。

④密封阀控铅酸蓄电池最好不要自己打开盖子补充电解液和更换安全阀。

三、实习结果

蓄电池的优点是放电时电动势较稳定，缺点是比能量（单位重量所蓄电能）小，对环境腐蚀性强。铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好（尤其适于干式荷电贮存）、造价较低，因而应用广泛。

板栅铸造、铅粉制造→自动化涂板、生极板固化→装配电池→焊端子、封壳→注进冷冻胶体/酸→电池内化成→性能测试→包装→出厂.电池内化成:电池正、负极板在直流电的作用下与稀硫酸进行电化学氧化还原反应.优点:1.不天生废酸、废雾 2.活性物质不易脱落 3.全水冷化成，电池均衡性好

缺点:1.必须增设专用的冷冻设备 2.需修建专用水冷却槽 3.生产周期加长

修复仪解决电池硫化效果太有限：

修复效果和两方面有关：

1.电池本身状况。比如使用期接近设计寿命的电池，再怎么修复，性能也好不到哪往。

关于电池的调查报告 篇6

研究人员：八年级（5）史通

研究时间：2009-3-16——2009-3-23

提出课题的理由：就家庭来讲，消耗电池的数目绝对不小，但人们却没有将它收集起来再处理，我们都清楚这是不对的，所以我希望大家能了解废电池对环境的影响，来提高人们的环保意识。

课题研究的目的：让人们了解电池的构造，能够正确并恰当的使用电池，不随便乱扔电池，注意保护生态环境，让大家自觉的行动起来，为保护环境尽自己的一份力。

研究的主要内容和思路：

1家庭使用电池情况。

2调查结果。

3回收废旧电池的意义。

4废电池的危害。

5电池的种类。

6目前我国电池状况。

7绿色环保电池。

家庭电池使用情况调查及防止废电池对环境的危害的建议

1家庭使用电池情况。

经调查知家中用电池物品有遥控器，手机，MP3，MP4，MP5，PSP，电筒、电须刀等，每年平均要消耗10~20节左右。

2调查结果

经过调查100名小区业主得知：61户用完电池后将电池随便扔入垃圾箱；35户用户将电池用完随便扔放；4名用户将用完的电池收集起来，用箱子把电池集体埋的放到地里；没有用户将废电池交给废品回收站；没有用户把电池拿到商场回收电池的地方，在这100人中，处理不得当的电池每年平均有300~400节左右。

3回收废旧电池的意义。

废旧电池中含有多种重金属和酸，碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和公共健康危害很大。废电池渗出的重金属例离子将造成地下水和土壤的污染，威胁人类的健康。另一方面，废电池中的有色金属是宝贵的自然资源，如果能将废电池回收再利用，不仅可以减少对我们生态环境的破坏，而且也是对资源的节约。

4废电池的危害。

自然界的汞主要以硫化汞的形式存在，金属汞在常温下能蒸发，如果把含汞工业废渣，废气任意排放，会造成大气，土壤，水体的污染，汞离子进入血液与血浆蛋白和血红蛋白还可导致细胞损害，最主要作用于肾和神经系统，导致肾病综合症，神经衰弱等疾病。如：日本20世纪中期，水俣湾附近的水俣市的居民尤其是渔民突然出现：头痛，耳鸣，昏迷，行动障碍等的症状，严重者数日内死亡，后来查明，是由于工厂排出的汞污染水体导致，由于靠近水俣市故又称：“水俣病”。

镉是人体必需的微量元素，人体中的镉主要是从出生后从环境中摄取并蓄积的金属。主要蓄积在肝肾内。镉主要来自于被污染的土壤和植物，植物的根部对镉有特殊的吸收和富集作用，急性镉中毒为镉烟雾吸入导致，首先出现呼吸道刺激症状，口干，流涕，咽痛等，伴头昏，头痛，乏力，寒战，发热等症状，严重者导致急性肝坏死或急性肾功能衰竭，慢性中毒主要病变是肺气肿和肾脏损害。如：日本富山县神通川流域的“痛痛病”，亦称“骨痛症”。1968年经过调查研究，证实由于神通川上游一工厂镉污染了河水，土壤和稻田导致。

镍是人体必需的微量元素，与人体的酶代谢，血液系统，肝脏细胞有一定的关系，正常成人体内含镍6~10mg，成人每天需摄入0.4mg,缺镍可引起血液系统和神经系统等疾病。镍中毒能使细胞恶变，有致癌作用，可引发冠心病，过敏性皮损等疾病。

锰是人体必需的微量元素，参与人体糖，脂肪代谢。人体共含锰12~20mg，正常成人每天需要摄入5~10mg，儿童约需0.2~0.3mg。缺锰导致侏儒症，贫血等疾病。锰含量过高可导致脑血管疾病。慢性锰中毒早期以神经衰弱症候群和自主神经功能障碍为主，晚期出现典型的震颤性麻痹症候群。

锌是人体必需的微量元素，是构成人体多种蛋白质必需的元素，锌对人体的酶代谢，维生物及人体的生长发育，免疫功能有直接影响，正常成年人体内含锌总量约为2~2.5g，婴幼儿及儿童生长发育迅速，每天约需0.22~1.2mg/kg，成年人每天约需10~15mg，妇女及妊娠期每天约需25mg，可导致营养性侏儒症，肠原性肢体皮炎等疾病。空气，水源，食品被锌污染，可造成锌过量进入人体，引起锌中毒。出现腹痛，腹泻，厌食，昏睡等症，慢性锌中毒可导致贫血，高血压，冠心病等疾病。

5电池的种类

一次电池。仅能被使用一次的电池，无法透过充电的方式再补充已被转化掉的化学能，故称为一次电池。此类电池常见的有乾电池，水银电池与碱性电池等。

一次电池的应用最早也最为广泛，市面上贩售的不可充电电池几乎皆属此类，其中：一次电池可分为：糊式锌锰电池，纸板锌锰电池，碱性锌锰电池，扣式锌银电池，扣式锂锰电池，扣式锌锰电池，锌空气电池，一次锂锰电池等。

二次电池。二次电池所指的就是可以被重复使用的电池。透过充电的过程，可以使得电池内的活性物质再度的回复到原来的状态，因而能再度的提供电力。这类的电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，二次锂电池，以及锂离子电池和高分子锂电池等。目前我国电池状况。

据中国电池工业协会提供的数字：2000年我国生产电池总量170亿只，其中出口130亿只，但同时进口30余亿只，国内市场消费量70~80亿只。据北京市面上有关管理部门提供的数字：1998年北京市所消费电池总量约2亿余只，折合重量约6000余吨.大力提倡使用绿色环保电池。

近年来已投入使用和正在研制的一类高性能，无污染电池，包括目前已投入使用的金属氢化物镍蓄电池，锂离子蓄电池，正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池，及燃料电池，太阳能电池等。

合理建议：

目前绝大多数人仍然没有恰当的处理废电池，其原因有四：

1.在小区内没有专门回收废电池的设施，我在各个小区内均没有回收废电池的垃圾桶，小区内的垃圾桶没有分可回收垃圾和不可回收垃圾，更没有回收废电池的设施，所以很多人不会把废电池带到离家很远的主干道的垃圾箱的电池回收孔去投放，应该在小区设置垃圾分类处理装置。

2.人们的思想认识不到位，没有充分认识到废电池对环境的破坏作用，应加强宣传提高公民的道德素养和环保意识。

3.建议商家在每卖出一块新电池的同时，也负责回收旧电池。

4.大力提倡使用绿色环保电池。

蓄电池技术调研报告 篇7

蓄电池技术状态指示器又称为内装式密度计, 由透明塑料管、底座和两只小球 (一只为红色、另一只为蓝色) 组成, 借助于螺纹安装在蓄电池盖上, 两只颜色不同的小球安放在塑料管与底座之间的中心孔中, 红色小球在上、蓝色小球在下。两只小球是由密度不同的材料制成, 可随电解液密度变化而上下浮动。

蓄电池技术状态指示器是根据光学折射原理来反映蓄电池技术状态的。当蓄电池存电充足、电解液相对密度大于1.22时, 两只小球向上浮动到极限位置, 经过光线折射小球的颜色, 从指示器顶部观察到的结果如图 (b) 所示, 中心呈红色圆点、周围呈蓝色圆环, 表示蓄电池技术状态良好。当蓄电池充电不足、电解液相对密度过低时, 蓝色小球下移到极限位置, 观察结果如图 (c) 所示, 中心呈红色圆点、周围呈无色透明圆环, 表示蓄电池充电不足, 应及时补充充电。当电解液液面过低时, 两只小球都将下移到极限位置, 观察结果如图 (d) 所示, 中心呈无色透明圆点、周围呈红色圆环, 表示电解液不足, 蓄电池无法继续使用, 必须更换蓄电池。如果这种指示器安装在干荷电蓄电池上, 则表示必须添加蒸馏水。

(a) 指示器结构 (b) 存电充足 ( c) 充电不足 (d) 电解液不足 1.透明塑料管 2.指示器底座

蓄电池技术调研报告 篇8

【关键词】蓄电池充放电；双向；DC-DC变换器；移相控制

0.引言

蓄电池在国民生产各部门应用越来越广泛，如何能快速、安全、高效的给蓄电池充电就显得非常重要。传统的蓄电池充放电装置一般采用晶闸管整流或三相PWM整流。采用晶闸管整流的蓄电池充放电装置存在功率因数低，谐波电流大，滤波电抗器体积大的缺点；而采用三相PWM整流的蓄电池充放电装置由于有工频变压器的存在，使装置的体积和重量都非常大，而且还会会产生音频噪声。随着电力电子器件及功率控制技术的发展，基于PWM变流技术的双向DC-DC变换器拥有体积小、效率高、频率高、动态性能好等优点，为蓄电池充放电装置的开发提供了一种新型的解决方案。为此，本文针对实际需求，对蓄电池充放电用双向DC-DC变换技术进行研究，设计了一种高效、节能的蓄电池充放电用DC-DC变换器。

1.主电路拓扑结构分析

本研究选的具体电路结构如图1所示：

图1蓄电池充放电机电路拓扑结构

主电路分为三个部分，即输入电路、隔离电路和输出电路。

输入电路为三相PWM整流电路，功能为将电网的三相交流电转换成直流电。相对于谐波污染比较严重的二极管整流或晶闸管整流，PWM整流器是比较优越的整流装置。它不仅可以降低低次谐波，还支持能量的双向流动，因此将三相PWM整流电路用在蓄电池充放电系统的输入侧具有很强的实用性。

隔离电路为一个双向DC-DC变换器，功能为电气隔离和电压变换。双向DC-DC变换器的原边H桥将输入电路送来的直流电转换为高频方波，经过高频变压器调压隔离后送至副边H桥，副边H桥将高频方波变换为直流电。

输出电路为一个双向斩波器，功能为调节变压器副边的直流母线电压。

2.控制过程分析

全桥变换器的输出控制是通过控制四只开关管的通断顺序以及通断时间来实现的，因此，可以有多种控制策略。归纳起来，可以分为三种：双极性控制、有限双极性控制和移相控制。

移相控制方式具有很多的优越性，相对于双极性控制和有限双极性控制，有更好的电路工作特性，适合中大功率的场合。由于所研究的蓄电池充放电装置功率较大，考虑到移相控制的优越性，以及为以后的软开关控制研究做准备，本研究决定采用移相控制策略。

主电路控制过程如下：

（1）初始时刻，三相整流桥前端断路器为断开状态，高频变压器原副边母线电容电压均为零，蓄电池电量为零。

（2）充电时，合上断路器，给系统供电，并控制高频变压器原边H桥开关器件工作，控制高频变压器副边H桥开关器件封锁，控制斩波器工作于降压模式，此时变压器原边母线电容电压逐渐上升。变压器原边H桥采用移相PWM控制方式，调节移相角，使变压器副边母线电容电压逐渐上升至设定值，并通过斩波器保持稳定。能量从变压器原边流向副边，并对蓄电池进行充电。

（3）放电时，制高频变压器副边H桥开关器件工作，控制高频变压器原边H桥开关器件封锁，控制斩波器工作于升压模式，调节斩波器占空比，使变压器副边母线电容电压逐渐升高，当副边母线电容电压高于原边母线电容电压时，电能从变压器副边流向原边，从而实现蓄电池的放电。

3.系统参数设计

3.1功率开关管的选取

本论文所研究的变换器输出功率是2000W，适合采用功率MOSFET管作为变换器的功率开关。

本研究所设计的双向DC-DC变换器基本参数如下：

变压器原边电压U1=300V；

变压器副边电压U2=240V；

系统输出电压Uo=200V；

系统输出电流Io=10A；

功率管开关频率fs=20KHz。

考虑100%的裕量，流过MOSFET管的额定电流最大值为Imax=Io（l+100%）=20A

加在MOSFET管上的最大电压为U1=300V，考虑100%的裕量，取Vmax=U1（1+100%）=600V

根据以上参数，实际选择英飞凌公司型号为IPW60R045CP的MOSFET（VDS=600V，ID=60A，RDS=0.045Ω）

3.2高频变压器的设计

由于设计过程较繁琐，在此仅列出设计结果：磁芯选取新康达（CONDA）磁业有限公司E85B型磁芯，原边匝数取30匝，副边匝数取24匝，导线直径0.83mm，原边绕组4股并绕，副边绕组5股并绕。

3.3输出斩波器电感设计

作为buck输出电感时，

输出电感电流连续时电感临界值：

L≥（3-1）

保证在10%最大输出直流电流情况下，输出电感电流仍连续，即VDC=240V，Io=1A，则D=0.5时，电感最大为1.5mH。

作为boost升压电感时：

电感电流连续时电感临界值：

L≥（3-2）

保证在10%最大放电电流情况下，输出电感电流仍连续，即VDC=240V，Io=1A，则D= 4/27时，电感最大为0.65mH。

如果要满足两种情况下的需要，取电感为10A，0.6mH。

4.系统仿真分析

充电模式电路拓扑图如图2所示，其中变压器原边H桥的调制策略选用移相调制策略。

图2充电模式拓扑图

当移相角θ=30°时各仿真波形如下图所示：

图3θ=30°时变压器原边电压UAB波形

图4θ=30°时输出电压Uo波形

图5θ=30°时输出电流Io波形

当移相角增大时，变压器原副边电压的占空比会变大，则输出电压与输出电流的值也会相应增加。下面对移相角为150°时的情况进行仿真，各仿真波形如下图所示：

图6θ=150°时变压器原边电压UAB波形

图7θ=150°时输出电压Uo波形

图8θ=150°时输出电流Io波形

可以看出相对于θ=30°，输出电压与输出电流的稳定值都增加了，这说明移相控制可以调节输出电压的大小。

放电模式下仿真波形与充电模式类似，此处不再赘述。

5.实验结果及分析

H桥采用移相控制策略，移相角为30°时各实验波形如下图所示：

图9θ=30°时变压器原边电压UAB波形

图10θ=30°时输出电压Uo波形

移相角为150°时各实验波形如下图所示：

图11θ=150°时变压器原边电压UAB波形

图12θ=150°时输出电压Uo波形

从以上实验波形可以看出，实验波形和仿真波形基本一致，移相角增加时输出电压也变大了，即实验验证了移相控制对输出电压的可调性。

6.结语

研究结果表明，本文研究的蓄电池充放电用双向DC-DC变换器由于采用了高频变压器，所以具有体积小、重量轻、成本低廉等优点，有着更强的市场竞争力；同时由于开关频率为20KHz，因此可以减小滤波器的体积，降低甚至消除音频噪声，改善系统的动态响应。该DC-DC变换器具有很强的实用价值。

【参考文献】

[1]陈道炼，张友军.单极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器的研究.中国电机工程学报，2003，（4）：27-30.