变电站的铅酸蓄电池基本原理

    铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电解液、隔板、电解槽、蓄电池盖及其他附件组成。其正极板采用二氧化铅(PbO2)，负极板采用低价海绵状铅绒(Pb)，电解液为纯硫酸和蒸馏水按比例配成的稀硫酸溶液。蓄电池能量的储存和释放是通过正、负极板和硫酸溶液之间发生的电化反应来实现的。

    蓄电池的正负极通过负荷接通后，开始放电，电流从蓄电池的正极出发，经负荷、电池负极、电池内部后，回到正极，电解液中带有正电荷的氢离子与正极板的二氧化铅发生反应生成硫酸铅，负极板的铅与硫酸根发生反应生成硫酸铅。

   (9-1)

    可见，正极板深褐色的二氧化铅和负极板灰色的铅绒在放电后都生成了导电性能较差的硫酸铅(PbSO4)，极板颜色变浅，并消耗了电解液中的硫酸(H2SO4)，生成了水(H2O)，硫酸溶液的浓度下降，蓄电池的内阻增大，电动势下降，实现了能量的转换，将化学能转换成了电能。由于PbSO4粒子体积较大，会将PbO2和绒状铅中小孔逐渐堵塞。当放电到一定程度，大部分小孔被堵塞，小孔中的电解液几乎都成了水，外部电解液又不能渗入，电池内阻变大。如果放电过度，将使细小的硫酸铅晶体结成较大的晶体，充电时就很难使其还原，因此铅酸蓄电池正常使用时不宜过度放电。可根据电解液的浓度变化来判断铅酸蓄电池的放电程度，作为蓄电池放电是否终了的标志。

    蓄电池放电后，必须及时进行充电。蓄电池进行充电时，将其正极接于直流充电电源（如整流器）的正极上，负极接于直流充电电源的负极上。当直流充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时，将有充电电流流过，在蓄电池内部从正极板流向负极板。在充电过程中，负极板的PbSO4逐渐变成多孔隙的海绵状铅绒，正极板的PbSO4逐渐变成PbO2，硫酸根与氢离子结合形成硫酸，使电解液的浓度逐渐上升，最后达到稳定值，端电压也逐渐增加达到额定值。

   (9-2)

    比较式(9-1)和式(9-2)可见，充电反应和放电反应是可逆的相反过程，总的反应方程式为

   (9-3)

    充电过程中，在外电源作用下，蓄电池中的PbSO4及H2O转换成PbO2、Pb和H2SO4，电能转换成化学能，这是主反应，同时还伴随着电解水这一副反应。特别是充电末期时，正、负极板上的硫酸铅已大部分转变为二氧化铅和绒状铅，再继续充电，则电能大都消耗在电解水上，结果从正极板析出氧气，负极板析出氢气，产生气泡，这个过程对活性物质很不利，产生气泡过于剧烈可能损坏极板上的活性物质。

    充好电之后的蓄电池不论是否使用，其内部都有自放电现象。产生自放电的主要原因是由于极板含有杂质，形成局部的小电池，而小电池的两极又形成短路回路，短路回路的电流引起蓄电池的自放电。另外由于蓄电池电解液上、下部分的密度不同，极板上、下电动势的大小不等，也会引起蓄电池的自放电。