CN1067809C - 锑铅酸性蓄电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
锑铅酸性蓄电池是在现有铅酸蓄电池基础上的改进，其结构包括有正极板、负极板、隔膜、电解液及容器，其特点是负极板含锑而正极板含铅。负极板是在镀银铜片(或紫铜片)上敷以氧化锑粉(或锑粉)与铜粉相混合再与蒸馏水(或浓度小于20%的稀硫酸)的调和物，并在中间加压铜丝网，待凝固、风干而成。该蓄电池不自放电，放电使用时间和使用寿命长。其容量较大，可密封，单位体积输出功率大，活性物质负极锑的利用率高，节省材料，制造成本低。
Description
本发明涉及一种半铅蓄电池，特别是指一种正极板含铅而负极板含锑的锑铅酸性蓄电池及其制作方法。
现有碱性蓄电池(如铁镍蓄电池和镉镍蓄电池)容量较低，内阻较大，价格较贵；铅酸蓄电池则存在容量提高较难、自放电问题较突出等缺点。
本发明的目的，乃是提供一种容量较大、不自放电且造价便宜的锑铅酸性蓄电池及其制作方法。
本发明的解决方案，是在现有铅酸蓄电池技术基础上的改进。该蓄电池的结构仍然主要包括有正极板、负极板、隔膜、电解液及容器，而其特征之处在于，负极板含有活性物质锑。
本发明锑铅酸性蓄电池的负极板的制作方法，是在镀银铜片(或紫铜片)上敷以氧化锑粉(Sb2O3)[或锑粉(Sb)]与铜粉(Cu)相混合的调和物，这种调和物是用纯净的蒸馏水(或浓度小于20％的稀硫酸)调和至以不自由流动和手压不滴液为宜，再在它们上面加压铜丝网，待凝固、风干后即成为负极板，负极板上的活性物质锑的含量应满足正极板上活性物质二氧化铅与稀硫酸完全反应的要求。
本发明锑铅酸性蓄电池的正极板就采用与现有铅酸蓄电池同样的正极板即二氧化铅即可。隔膜采用吸液的多孔超细玻璃纤维毡或耐酸半透膜或石棉毡即可，用它将正极板包严，使正极板与负极板隔开，防止正、负极板间短路。电解液由纯净蒸馏水和纯净的浓硫酸配成，稀硫酸的浓度10％-70％之间，最佳浓度在25％-50％之间。电解液在锑铅酸性蓄电池中所起的作用，仍然是一方面在放电时与正、负极板中的活性物质起化学反应，另一方面起导电作用。容器一般由硬橡胶、塑料、玻璃等耐硫酸的材料构成。
由于锑铅酸性蓄电池中负极板锑不能置换出稀硫酸中的氢，故不与电解液里的稀硫酸发生反应，因而不自放电。充电时只要电压控制在氢和氧的分解电压以内，就不会有气体产生，也就可以密封。另外，由于电解液中稀硫酸的浓度可适当提高，减少了电解液的体积，可使电解液吸收在极板和隔膜中，这就可多装极板，相对增大电池的容量，也可使液体不流动。因此说，在铅酸蓄电池基础上改进而成的本发明锑铅酸性蓄电池，由于不自放电而可在充电后长期存放；无论其相对放电使用时间，还是使用寿命，都比铅酸蓄电池长，同时还兼具铅酸蓄电池比之不及的容量较大和可密封的优点。此外，由于硫酸锑溶于水，所以负极板的钝化现象减弱，单位体积输出功率就大，活性物质负极锑的利用率提高，相对节省了材料，降低了造价成本。
下面结合附图和实施例对本发明加以进一步详细说明。
图1为采用HP4-6型外壳容器组装的本发明锑铅酸性蓄电池的结构示意图，
图2为本发明锑铅酸性蓄电池的电动势产生过程示意图；
图3为本发明锑铅酸性蓄电池放电时的化学反应示意图；
图4为本发明锑铅酸性蓄电池充电时的化学反应示意图；
图5为本发明锑铅酸性蓄电池充完电后的内部情况示意图；
图6为采用HP4-6型外壳容器组装本发明锑铅酸性蓄电池时的工艺流程方框图。
参见图1。本发明锑铅酸性蓄电池的结构仍然主要包括有正极板1、负极板2、隔膜3、电解液4及容器5，而其特征之处在于，负极板2含有活性物质锑。
参见图2。锑铅酸性蓄电池的正极板是二氧化铅(PbO2)，负极板是锑(Sb)，它们是两种不同的活性物质，所以与稀硫酸(H2SO4)所起的化学作用的结果也不一样。
正极板的二氧化铅在电解液中水分子的作用下，有少量二氧化铅分子渗人电解液，其中的二价氧离子(O2)与水化合，使二氧化铅分子变成一种过渡而又可离解的物质[Pb(OH)4]，即：
而四价的铅离子(Pb4+)仍留在极板上，则极板上缺少电子，显正电性。
负极板锑(Sb)虽不与电解液里的稀硫酸和水作用，但在电解液中，由于正极板二氧化铅板上缺少电子显正电性，电解液中的稀硫酸(H2SO4)便电离成氢正离子(H+)和硫酸根离子(SO4 2-)，在正极板显正电性的作用下，电解液中的氢正离子和硫酸根负离子变成了有序排列，在正极板附近的周围充满了大量带负电荷的硫酸根离子(SO4 2-)和少量带负电荷的氢氧根离子(OH-)，在负极板周围排满了大量带正电荷的氢离子(H+)，在静电引力的作用下，负极板表面就带有负电荷，故负极板相对于正极板就显负电性。
由此可见，在未接通负载时，由于化学作用和静电引力的作用，正极板显正电性，负极板显负电性，两极间就产生了一定的电位差(电动势)。
参见图3。当外电路接上负载(比如灯泡)之后，锑铅酸性蓄电池在正、负极板间电位差(电动势)的作用下，负极板上的电子便经负载进人正极板形成电流I。同时，在蓄电池内部产生化学反应。
在负极板上，每个锑原子(Sb)放出3个电子(3e)而成锑正离子(Sb3+)，因此负极板上出现若干多余的电子，这些电子在电位差的作用下，将不断地经外电路流入正极而形成电流。而在电解液内部，因硫酸分子的电离便有氢正离子(H+)和硫酸根负离子(SO4 2-)存在。这时，因异性电荷(离子)的静电作用，氢正离子(H+)移向正极，硫酸根负离子(SO4 2-)移向负极，于是形成电池内部的离子电流。当酸根负离子(SO4 2-)与负极的锑正离子(Sb3+)相遇时，便生成硫酸锑[Sb2(SO4)3]分子附在负极上或溶解在电解液里，即：
在正极，由于电子自外电路进入，便与四价的铅正离子(Pb4+)化合变成二价铅的正离子(Pb2+)，并立即与正极附近的酸根离子(SO4 2-)结合在一起，生成硫酸铅分子(PbSO4)附在正极上。与此同时，移向正极的氢正离子(H+)便与氧负离子(O2-)结合，生成水分子H2O，即：
于是放电时总的化学反应为：
由于放电时，不能象铅酸蓄电池那样通过测量硫酸的比重就可知道放电完毕，故只能用测量电压的办法来了解蓄电池的放电程度。当放电时，放电电压为1.2伏，由表示锑铅酸性蓄电池放电完毕。一般情况下，1.2伏为锑铅酸性蓄电池的终止电压。
参见图4与图5。充电是放电过程的逆过程。充电时，应在蓄电池上外接直流电源(充电机或整流器)，使正、负极板在放电时消耗了的活性物质还原，并将外加的电能转变为化学能贮存起来。在充电电源的作用下，外电路的电流I自蓄电池的正极板流入，经电解液和负极板流出。于是，电源从正极板中不断地取得电子输送给负极，促使正极板上的硫酸铅(PbSO4)不断进入电解液而被游离；负极板上或电解液里的硫酸锑[Sb2(SO4)3]不断在电解液里被游离。因此在电池内部产生如下的化学反应：
在负极板上，因获得电子，所以三价的锑离子(Sb3+)由于获得电子的能力比氢离子强而获得电子被中和为锑(Sb)，并以固体状态附在负极板上，即：
在正极板上失去的电子，则由电解液中位于极板附近而处于游离状态的二价铅离子(Pb2+)不断放出二个电子来补充。当它变成四价铅离子(Pb4+)以后，立刻与水中的氢氧根离子[(OH)-]结合，生成过渡状态的而且可离解的物质和游离状态的氢离子，并且又继续被分解为二氧化铅(PbO2)和水，即；
H+在电流作用下向负极板移动，同时SO4 2-向正极板移动，两种离子因静电引力而结合成硫酸：
于是，充电时总的化学反应为：
由于充电时，不能象铅酸蓄电池一样通过测量电解液的比重来测知锑铅酸性蓄电池是否充电完毕，而只能通过测量充电电压的方法来解决。当充电电压稳定在1.8～1.85伏时，即为充电完毕。
本发明锑铅酸性蓄电池的负极锑在水溶液中相对于氢标准电极电位是0.24伏，二价铅离子相对四价铅离子的标准氧化还原电位为PO2+/Pb4+1.7伏，即锑铅酸性蓄电池的标准电动势为1.7-0.24=1.46(伏)，但由于是在稀硫酸中，电动势有所提高，约为1.6伏。即锑铅酸性蓄电池的开路电压为1.6伏，其工作电压可达1.5伏以上，终止电压为1.2伏，其充电电压为1.7～1.9伏，在此范围内无氢气产生，当充电电压稳定在1.8～1.85伏时，充电即可停止。测量此电压范围即可知道充电完毕。充电电流一般采用15～16小时充电率。放电时当端电压为1.2伏时，即视为放电完毕，可终止放电。
参见图6。现以试装试验样品为例，对本发明锑铅酸性蓄电池的制作工艺流程作进一步说明。该实施例采用日本汤浅公司生产的小型密闭铅酸蓄电池HP4-6型外壳做为本发明蓄电池的容器，其尺寸为长70mm，宽47mm，高105.5mm，只装其中一个单格，用其二氧化铅正极板作本发明蓄电池的正极板；用其隔膜作本蓄电池的隔膜(单层即可)；用与其负极板同样大小尺寸的镀银铜片(或紫铜片），厚度为0.2mm左右；用铜丝织成铜丝网(单层铜网即可)；把铜粉与氧化锑粉按1∶5或1∶6的比例用纯蒸馏水(或浓度小于20％的稀硫酸)调和至不自由流动和手压不滴液为止。将这样的调和物和铜网一起敷在铜片上压紧，厚度不大于1.2毫米，待凝固、风干后即作为本发明锑铅酸性蓄电池的负极板。然后，按每格装三片正极板、四片负极板与隔膜排好，注意正、负极板间不能短路，一并装入单格内，并加人浓度为40％～50％的稀硫酸，以单格内无自由流动液体为准。以0.3至0.5安培的电流充电35小时左右，以1.5伏、0.2安的小灯泡3个进行单格放电，可连续放电达14小时以上。其起始端电压在1.5伏以上，终止电压为1.2伏。反复充放电数次，如稀硫酸不够时，可再加。其容量可达7.56Ah以上，能量在11W以上，每立方升为100W以上，容量和能量均超出了WP4-6型铅酸蓄电池的单格容量和能量许多。
Claims (3)
1、一种锑铅酸性蓄电池，其结构主要包括有正极板、负极板、隔膜、电解液及容器，其特征在于：负极板含有活性物质锑。
2、一种锑铅酸性蓄电池的制作方法，正极板采用二氧化铅板，隔膜采用吸液的多孔超细玻璃纤维毡或耐酸半透膜或石棉毡，电解液由纯净蒸馏水和纯净浓硫酸配成，稀硫酸的浓度在10％～70％之间，容器由硬橡胶、塑料、玻璃等耐硫酸的材料制成，其特征在于：负极板的制作方法，是在紫铜片上敷以氧化锑粉(Sb2O3)或锑粉(Sb)与铜粉(Cu)相混合的调和物，在这种调和物中，铜粉的重量比不超过锑粉或氧化锑粉(Sb2O3)的10％，这种调和物是用纯净的蒸馏水或浓度小于20％的稀硫酸调和至以不自由流动和手压不滴液为宜，再在它们上面加压铜丝网，待凝固、风干后即成为负极板，负极板上的活性物质锑的含量应满足正极板上活性物质二氧化铅与稀硫酸完全反应的要求。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于：电解液稀硫酸的浓度在10％～70％，而负极调和用之稀硫酸浓度为20％以下。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: XIAO PEILAN TO: XIAO PEILAN; CAI FANDI |
|
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: A small town in Guangdong province Zhongshan sill Street No. 42 Cai Fandi. Applicant after: Xiao Peilan Applicant after: Cai Fandi Applicant before: Xiao Peilan |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |