酸性鉛鋅蓄電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儲能設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，一種能快速充電的，相似超級電容器，其容量又接近傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，介于此兩者之間的酸性鉛鋅蓄電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛酸蓄電池的歷史悠久，其技術(shù)成熟、價(jià)格低廉、原材料豐富、性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)。但循環(huán)次數(shù)僅幾百次至千余次。其負(fù)極板的“硫酸鉛化”和正極板鉛柵的爛斷，是迄今為止難以根治的頑癥，至今尚未找到徹底根治的有效辦法。
[0003]銀鋅電池是由價(jià)格昂貴的銀來制造，由于銀的價(jià)格昂貴，在大型儲電領(lǐng)域中是使用不起的，基本上做成微型的紐扣式電池，供給小型電器如計(jì)算器、兒童玩具等場合使用。
[0004]鋰離子蓄電池單個(gè)電壓高、電流大，但制造工藝復(fù)雜，成本高，價(jià)格貴。是手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等高檔電器的最佳的蓄電池，但因價(jià)格太貴，循環(huán)次數(shù)并不是最高，在大功率的使用領(lǐng)域也使用不起。
[0005]超級電容器的最大優(yōu)點(diǎn)是充電時(shí)間快、僅幾分鐘，循環(huán)次數(shù)可達(dá)十萬次以上，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，而儲電容量不如蓄電池。
[0006]酸性鉛鋅蓄電池是介于超級電容器和鉛酸蓄電池之間的一種儲電裝置。它是采納鉛酸蓄電池技術(shù)中之精華，予以消化，并結(jié)合硫酸鋅電鍍鋅技術(shù)合于一體而衍生的發(fā)明。
[0007]在硫酸鹽電鍍鋅技術(shù)上，鍍后必須處理的項(xiàng)目，有一個(gè)“除氫”項(xiàng)目很重要，所謂除氫，即是在電鍍鋅過程中除了鍍上鋅層外，還有氫離子被還原成氫，除了一部分成為氫氣逸出外，還有一部分以原子狀態(tài)涌入到鋅鍍層的晶格中去，也就是有氫原子儲存于鋅鍍層的晶格當(dāng)中，被稱為“氫脆”，“氫脆”在電鍍作業(yè)上對被鍍零件產(chǎn)生危害，通常采用加熱至200至300攝氏度的高溫處理，使氫逸出。
[0008]但在酸性鉛鋅蓄電池里，在充電時(shí)，相似處于鍍鋅狀態(tài)，在此過程中，氫原子也涌入到鋅鍍層的晶格中，使負(fù)極板得到“儲氫”，成為負(fù)極的活性物質(zhì)之一，對電池卻是有利的。
[0009]酸性鉛鋅蓄電池跟大家所熟悉的鉛酸蓄電池相比，有其共同之點(diǎn)，就是它們的正極活性物質(zhì)都是二氧化鉛作為“去極劑”。也有相異之點(diǎn)，就是它們負(fù)極板的活性物質(zhì)及電解液的化學(xué)成分各不相同；鉛酸蓄電池負(fù)極板的活性物質(zhì)是粉末狀態(tài)的鉛，它依附在鉛柵中的空格子內(nèi)，依靠其極大的比表面積實(shí)施“儲氫”，電解液是比重1.28至1.3的稀硫酸，電壓為2V。酸性鉛鋅蓄電池負(fù)極板的活性物質(zhì)是鋅，是在充電時(shí)被鍍于負(fù)極板的基體之上，這層鋅鍍層，不需要極大的比表面積依然能工作。放電后，鋅從基體上溶解成為硫酸鋅離子溶于電解液中，負(fù)極板在放電與充電過程中，只是鋅跟硫酸鋅的變換，因此形成了長期的循環(huán)。不可能造成“硫酸鉛化”的頑癥，電解液是比重1.3至1.35以硫酸鋅為主的水溶液，電壓為2.4Vo
[0010]經(jīng)網(wǎng)上查詢，在2003年，浙江省臨海市有人以堿性鉛鋅蓄電池的名稱申請專利，專利號為CN03116532.X，申請日為2003年4月22日，公開(公告)日為2003年10月22曰。
[0011]今摘錄其摘要:一種堿性鉛鋅蓄電池，為提供一種低成本，長壽命的蓄電池，利用二氧化鉛作正極，鋅作負(fù)極，氫氧化鉀為電解液。在充、放電時(shí)，利用二氧化鉛與鋅在氫氧化鉀溶液中的氧化、還原反應(yīng)，產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)電池的充、放電，具有成本低，壽命長的優(yōu)點(diǎn)。
[0012]主權(quán)頁，一種堿性鉛鋅蓄電池。其特征是:正極為二氧化鉛，負(fù)極為鋅，電解液為氫氧化鉀溶液。
[0013]這個(gè)公告，未說明該電池的電壓幾何，本申請人對該蓄電池存在質(zhì)疑，據(jù)我所知，二氧化鉛只能在稀硫酸的溶液中才能有很強(qiáng)的氧化能力，鉛酸蓄電池就是以此作為活性物質(zhì)(去極劑)。但在堿性溶液中，則沒有功能，如果將二氧化鉛當(dāng)作去極劑，二氧化鉛則失去氧化的功能，尤其是在氫氧化鉀溶液中，如作為堿性鉛鋅蓄電池的電解液，其結(jié)果會是怎樣呢？
[0014]出于好奇，我也作過試驗(yàn)，電壓只有1.5V，僅存在短暫的時(shí)間即消失為零，短路電流很弱，比鋅錳干電池的短路電流還弱，不能輸出大電流。二氧化鉛在氫氧化鉀溶液中，先轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸U，一氧化鉛能溶于氫氧化鉀溶液中，成為電鍍技術(shù)中相似酒石酸鹽鍍鉛的“鍍鉛液”，因?yàn)殡娊庖褐猩闪算U離子，經(jīng)過充電，正極鉛柵的鉛即被溶解為鉛離子，鉛離子就能在負(fù)極板表面上沉積成粉末狀的鉛肩，此試驗(yàn)終于失敗。
[0015]最近，中科院上海硅酸鹽所研制的石墨烯電池，以充電7秒跑35公里的報(bào)導(dǎo)將轟動(dòng)全國，但未說明是電動(dòng)自行車凡是電動(dòng)轎車，其電池總?cè)萘渴菐装矔r(shí)，要幾伏電壓去充電、充電電流是幾千安倍以上到萬安倍去充電呢？
[0016]申請人最初用兩塊鉛板插在硫酸銅的飽和溶液中進(jìn)行電解，研制了以銅作為負(fù)極活性物質(zhì)的銅酸蓄電池。此電池充足電時(shí)的電壓為1.5V，穩(wěn)定工作電壓為1.3V至1.4V、放電電流強(qiáng)，稍亞于鉛酸蓄電池，正極板不會爛斷，負(fù)極板也不可能產(chǎn)生“硫化”，循環(huán)次數(shù)很高。曾于2014年6月27日向中華人民共和國知識產(chǎn)權(quán)局專利局申請實(shí)用新型專利，申請?zhí)柣驅(qū)＠枮?014203447404.3。
[0017]今又以兩塊純鉛板插在比重1.35的硫酸鋅溶液中進(jìn)行電解，研制了另一種新型的蓄電池，此電池充電時(shí)間快、原材料豐富，充足電時(shí)的電壓為2.5V，穩(wěn)定工作電壓為2.4V，因?yàn)槠湄?fù)極的活性物質(zhì)為鋅，電解液呈酸性，故取名為酸性鉛鋅蓄電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種原材料豐富而且便宜、結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)簡便的儲電裝置，為了彌補(bǔ)上述幾種蓄電池中存在的缺陷而研制的，它是鉛酸蓄電池、銀鋅電池衍生的一種廉價(jià)蓄電池，是以廉價(jià)的二氧化鉛取代價(jià)格昂貴的氧化銀為正極的活性物質(zhì)，負(fù)極用薄鉛板、或者用薄銅板表面鍍鉛作為鋅的依附體兼集結(jié)電流的載流體。為何不用鋅板為負(fù)極，而用薄鉛板、或者用鍍鉛的薄銅板為負(fù)極呢？因?yàn)殇\是參加反應(yīng)的活性物質(zhì)，在稀硫酸溶液中能跟稀硫酸起反應(yīng)被腐蝕，而銅不能跟稀硫酸起反應(yīng)，為了保持負(fù)極板的完整，在銅板的表面鍍上一層薄鉛，即使其表面的鋅被消耗殆盡，仍能保持2V的電壓，如果銅板上不鍍鉛，鋅被消耗殆盡后，暴露在這個(gè)電解液中的銅板在此情況下，也能產(chǎn)生1.3V的電壓，也能輸出大電流，相似“銅酸蓄電池”，久而久之也被腐蝕，所以要用薄鉛板或者鍍鉛的銅板，利用鉛來保護(hù)銅，才能保護(hù)負(fù)極板的基體永遠(yuǎn)不被腐蝕以保持原形，因?yàn)殂U跟稀硫酸反應(yīng)后產(chǎn)生一層致密的、不溶于稀硫酸的硫酸鉛，能保護(hù)內(nèi)部不再被腐蝕，此層硫酸鉛很薄，其厚度只有上幾個(gè)微米至二十幾個(gè)微米，可以保護(hù)銅板不被侵蝕，在充電時(shí)可以被還原為金屬鉛。
[0019]本發(fā)明的負(fù)極基體可用0.2毫米厚的薄銅板表面鍍上約20微米厚的鉛，其目的:就是可以減薄負(fù)極板的厚度與重量。傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的負(fù)極板通常是2毫米厚，而銅板鍍鉛后再被鍍上鋅之后，其總厚度不會超過0.3毫米，既薄又輕，可減低電池的重量，內(nèi)阻低、導(dǎo)電性又好。
[0020]雖然酸性鉛鋅蓄電池的綜合性能比銀鋅電池差，但鉛及其氧化物的價(jià)格不到銀及其氧化物價(jià)格的1%，如鉛板、硫酸鋅、硫酸等物質(zhì)，都是低價(jià)而且豐富的資源，尤其是電解液硫酸鋅無毒，對環(huán)境不產(chǎn)生污染，適合環(huán)保要求。