科学汇 | 电瓶车的蓄电池是怎么工作的

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钱江晚报·小时新闻 记者 郑琳

4月5日凌晨3点多,杭州笕桥横塘九区一民房发生火灾,起火民房有两兄妹被困,一死一伤。

据了解,这次火灾的原因很可能与电瓶车有关。其实,因电瓶车充电不规范导致的火灾事故很多,几年前,因为小区居民私拉电线,杭城甚至有40辆电瓶车一起被烧毁的事故。

电瓶车是我们常见的日用品,有的家庭每天都会使用,其中的蓄电池如果使用不当就可能造成火灾。那么,蓄电池的工作原理是什么?如何才能防止这样的火灾呢?

本期我们邀请杭州市建兰中学科学教研组长曹键老师,为同学们解读蓄电池的秘密。

 

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蓄电池工作原理

一个化学方程

同学们是否注意到,平时我们使用的电瓶车,或汽车里,都有一个很重的大方块?没错,那就是可以启动电瓶车和汽车的电瓶,也就是蓄电池。

这是一种可以充电、放电的电池。它的工作原理,是将化学能转化为电能。为什么电瓶那么重?因为,如今应用最广泛的蓄电池是“铅酸蓄电池”,有金属铅和铅的化合物做成的,当然很重了。

现代密封铅酸蓄电池具有完全密封,安全可靠等优点。缺点也很明显:寿命短、太重。

那么铅酸蓄电池是怎么放电和充电的呢?中学化学知识可以派上用场了。曹老师告诉大家,其实,一个化学反应式就能说清它的原理。

蓄电池内有个阳极,材料是膏状二氧化铅(PbO2),俗称“铅膏”;还有一个阴极,是海绵状的纯铅(Pb),它们浸在电解液硫酸(HSO)中,两极间会产生2伏的化学电势,会有电流产生。

在放电过程中,正极二氧化铅(PbO2)和负极铅(Pb)放电过程中两极都生成了硫酸铅,随着放电的不断进行,硫酸逐渐被消耗,同时生成水,使硫酸的浓度逐渐降低。这个过程可以用下面这个化学方程式来表达。

放电过程:Pb+PbO+2HSO=2PbSO+2HO

蓄电池的充电反应,其实就是上面这个放电反应的逆反应。正负极板上的硫酸铅分别变成二氧化铅和海绵状铅,电解液中的水分子不断消耗,硫酸分子不断生成,硫酸浓度不断升高。

充电过程:2PbSO+2HO=Pb+PbO+2HSO

通常见到的蓄电池是12伏的,也就是6组2伏的电池组装成的。它由极板、隔板、电解液和壳体组成。

极板是其中的核心部件,有正极板和负极板,它们是由耐腐蚀且有一定强度的材料制成的板子,呈栅格网片状。正极板的栅格中填涂的就是膏状二氧化铅,而负极的栅格里填涂活性铅。

电解液用纯硫酸与纯蒸馏水按一定比例混合而成,一般工业用的硫酸与自来水不能用作电解液,否则会损坏极板。外壳要符合抗震、耐酸、耐热的标准。

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过度使用或过度充电

都会让蓄电池“短命”

我们从上面的电池放电的化学方程式里就能看出,放电时,电解液硫酸的浓度会不断降低,而两个铅板上会产生越来越多的硫酸铅。如果电池过度放电,极板上会形成硫酸铅的结晶,失去活性,这会使得电池寿命减少,甚至报废。

因此,在蓄电池电量剩下20-30%时,就应该充电,防止“亏电行驶”。

如果长时间不使用电池,电池也会完全报废。因为,即使是在不用的时候,蓄电池的内部也一直存在微弱的自放电,长期不用会使电量严重亏损直至报废。通常情况下,如果隔一个月补充电,可以防止电池报废。

忽略电池的寿命,后果不仅仅是导致电池报废。虽然说现代的蓄电池封装很严密,一般情况下是安全可靠的,但是如果使用不当,严重的情况下就会引起火灾。原因很明显,因为铅酸蓄电池里是装着硫酸的,这可是腐蚀性很强的“大杀器”。

“很多人对电池超期服役并不重视,更有甚者购买返修过的旧电池,会引起漏液。”曹老师说,“漏液经外壳流向电池架、下层电池,造成电池架腐蚀、甚至有可能造成下层电池短路,发生起火、爆炸情况。”

此外,电瓶的电充满之后,如果继续处于充电状态,也容易引发火灾。因为充电过程中,硫酸浓度不断升高,水含量越来越少,极板温度也会升高。过度充电容易造成电解液中的水被电解,产生气体、电池鼓包。而电极上的活性物质会脱落。

所以说,电瓶车上的电瓶,充电时间应该是指示灯变绿后就停止为最好。许多电瓶车用户认为充电时间越长电池电量越足,这是非常错误的。晚上充电白天用,一定是过度充电,这样的电池会鼓涨,寿命缩短。

另外,如果充电器与原蓄电池厂家提供的参数不匹配,充电时容易电压过高,使得电池失水加剧,升温加剧导致爆炸。

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如何防止电瓶车发生火灾

勤检查,避免线路老化造成线路短路;

防进水,尽量避免在雨天、积水路段行驶,以防止电机进水,充电时短路起火。

记断电,充电时一定要远离易燃物品,并将充电器放置在比较容易散热的地方,充电时间不能过长,尤其不要持续一整夜。

停规范,不要把电动车停放在共用走道、楼梯间、安全出口处等。

考考你

普通电动车的充电插口内有金属插脚,在使用过程中绝不能拿硬币、手等去触碰,如图甲。

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(1)图乙是某种电动车的局部电路图。如果硬币碰到充电插口的两个金属插脚,就会造成蓄电池___路(选填“通”、“断”或“短”)。
(2)这种电动车的蓄电池总电压为48V,人体不能触碰蓄电池两极,原因是      

(3)对蓄电池充电时,蓄电池相当于电路中的___(选填“电源”、“用电器”、“开关”或“导线”)。

答案:  

(1)短    

(2)蓄电池的总电压高于人体安全电压,会造成触电事故     

(3)用电器

 

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最新评论
搬砖的人
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科普教育

发现生活事
发现生活事

那要造一只寿命长的不太重的蓄电池,而且也不会燃烧的

杨文晋
杨文晋

学习了!

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