一种叠式铜酸蓄电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学储能设备的技术领域，尤其涉及一种由铅酸蓄电池衍生的铜酸蓄电池。
【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池是目前世界上技术最成熟、价格最廉、性能稳定、电压高、电流大、原材料最丰富的一种蓄电池。
[0003]但是，铅酸蓄电池有缺点，就是寿命短、循环次数有限，其主要原因是；正极板的铅栅经不起充电时氧化的侵蚀而烂断，因此失去了支撑活性物质及集结电流的功能。负极板的活性物质铅微粒，在每次放电时跟稀硫酸反应所生成的硫酸铅积厚后，产生白色板块的“硫酸铅化”，形成极大的电阻，因而使电池无法充电而失效。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种叠式铜酸蓄电池。本发明的铜酸蓄电池，采用以铜代替铅作为负极活性物质，以稀硫酸与硫酸铜的混合液为电解液，负极板在放电与充电的电化学反应中，只是铜与硫酸铜的变换，根治了铅酸蓄电池负极板“硫酸铅化”的顽症，从而大大延长了电池的使用寿命。
[0005]本发明的具体技术方案为:一种叠式铜酸蓄电池，包括壳体、电解液、负极板、正极板和隔板。所述电解液包括硫酸铜饱和水溶液；所述负极板的载流体为纯铅片或者在表面镀有耐稀硫酸的金属层的铜片；所述负极板载流体的表面镀有一层铜层作为负极活性物质。
[0006]本发明的叠式铜酸蓄电池，负极板以铜作活性物质，在充、放电的循环反应中，只是硫酸铜在充电时被“还原”为铜，在放电时铜被“氧化”为硫酸铜的变换，不能产生如铅酸蓄电池负极板的“硫化”现象，根治了负极板“硫化”的顽疾，能保证负极板长期使用。所述的耐稀硫酸的金属层为铅(Pb)膜、锆(Zr)膜或铌(Nh)膜。
[0007]电解液用硫酸铜水溶液，其中含有稀硫酸及防冻剂。每只电池的引出端无接线的极粧，跟纽扣式锌银电池相似，依靠相叠串联取得所需要的电压。
[0008]作为优选，所述正极板的载流体是用纯铅压铸而成且表面设有通槽的的铅板，所述通槽内填充有二氧化铅作为正极活性物质。
[0009]本发明的叠式铜酸蓄电池，其正极板跟现行技术中铅酸蓄电池的正极板相似，其电化学反应相同，但对其物理结构予以改革，用纯铅压铸成又粗、又厚、又大的骨架，骨架框架通槽内填充活性物质，此框架能承受长期的氧化侵蚀，确保极板不弯曲，用于分隔通槽的铅筋条也不可能烂断，保证正极板有长期的使用寿命。
[0010]作为优选，所述铅板的厚度在5mm以上。
[0011]作为优选，所述隔板为玻璃纤维隔板。
[0012]作为优选，所述电解液还包括稀硫酸和防冻剂。所述防冻剂为现有电池电解液中可市购的常规防冻剂，比如丙三醇等。
[0013]作为优选，所述所述正极板、隔板、负极板为卧式平行叠层于所述电解液中，且所述隔板将正极板和负极板隔呙。
[0014]作为优选，所述每只电池中含有一块正极板、一块负极板、一块隔板，或者含有一块正极板、两块负极板、两块隔板，其中每只电池设有正极引出端和负极引出端，所述正极引出端为与正极接通的正极导电铜板，所述负极引出端为与负极接接的负极导电铜板，多个电池之间依靠面接触相叠串联取得所需的电压。
[0015]本发明是吸收铅酸蓄电池技术中之精华予以消化，结合硫酸铜镀铜技术集于一体的发明；解决铅酸蓄电池正极板铅栅的烂断及负极板“硫酸铅化”的两个顽症，提供解决的技术方案，对铅酸蓄电池现有技术中的正极板结构作了改良，更换负极板及电解液的化学成分，衍生了一种新的蓄电池，全称叠式铜酸蓄电池，因为它的正、负极没有接线的极粧，用相叠串联以取得使用时需要的电压。
[0016]方程式(1)“Cu (负极)+Pb02 (正极)+3H2S04 (电解液)+CuS04 (电解液)一2CuS04(负极)+PbS04 (正极)+2H20 (电解液)+H2S04 (电解液)”是本电池在放电跟充电的电化学反应。
[0017]放电时，方程式(1)由左向右，铜被“氧化”，铜跟稀硫酸反应生成硫酸铜，使电解液中硫酸铜的浓度变浓，因消耗了硫酸，使电解液中硫酸的浓度变稀。在放电后，方程式(1)右端的电解液中仍含有少量H2S04，而不是全部成为2H20。
[0018]充电时，方程式(1)由右向左，铜被“还原”，铜沉积于负极板上，换言之，就是铜被镀于负极板之上，使电解液中硫酸铜的浓度变稀，同时使电解液中稀硫酸的浓度变浓。
[0019]如此电化学可逆反应，永远可逆。最可贵的是:铜在电池不放电的“睡眠状态”时，铜绝对不跟稀硫酸起反应，这是作为电池负极所要求的最佳条件。
[0020]本发明人对铅酸蓄电池的电化学反应方程式(2) “Pb (负极)+Pb02 (正极)+2H2S04(电解液)一PbS04 (负极)+PbS04 (正极)+2H20 (电解液)”双极硫酸铅化进行研究；电池放电后，正极跟负极都化合为硫酸铅，负极板被化合为白色硫酸铅是笃定的，正极板则并非如此。
[0021]实际上，正极板上黑褐色的二氧化铅(Pb02)不可能大部或者全部转化为硫酸铅(PbS04)，而是失去部分的氧后，先转变为淡黄色的一氧化铅(PbO)，二氧化铅不能溶解于稀硫酸，即使将二氧化铅浸在稀硫酸中数年，也不发生变化，仍是氧化能力极强的二氧化铅。一氧化铅能溶于稀硫酸转化为硫酸铅及水，见方程式Pb0+H2S04—PbS04+H20，因电池全放电后，电解液中的稀硫酸几乎被消耗殆尽，已经无硫酸再与一氧化铅化合为硫酸铅了，在拆解所有废旧的铅酸蓄电池，发现其正极板当中，都是淡黄色的一氧化铅，其中还存在数量不少的二氧化铅，而非白色的硫酸铅。
[0022]故方程式(2)“Pb (负极)+Pb02 (正极)+2H2S04 (电解液)一PbS04 (负极)+PbS04(正极)+2H20 (电解液)”不合实际，而方程式(3)比较正确。
[0023]方程式(3)“Pb (负极)+Pb02 (正极)+H2S04 (电解液)—PbS04 (负极)+PbO (正极)+h20 (电解液)”。
[0024]同样的原理，所以方程式(1)也可以改写为方程式(4) “Cu (负极)+Pb02 (正极)+H2S04 (电解液)—CuS04 (负极)+PbO (正极)+H20 (电解液)”。
[0025]方程式(4)右端电解液中仍含有少量H2S04，不可能全部被反应为H20。
[0026]铜酸蓄电池负极的电化学变化，只是铜与硫酸铜的变换，其正极的电化学变化与铅酸蓄电池正极的电化学变化相同。
[0027]凡能作为电池负极的金属，必须具备的条件是:在电池不输出电流时，该金属不能跟电解液起反应，或者反应非常微弱，只有当输出电流时，该金属才能跟电解液起反应，反应的强弱，却跟电池输出电流的強弱同步，反应后所生成的金属盐溶液，又能在充电时被还原，只有铜及硫酸铜有此最佳条件，尤其是用硫酸铜当电解液，它的电流效率又高达95%至100%,负极在充、放电时又不折氢(充电时，电解液中的铜离子转变为金属铜在负极沉积，不产生氢气泡，放电时，负极的金属铜转变为硫酸铜离子，也不产生氢气泡)，无酸雾等优点，所以将铜作为负极板的活性物质，是其优选的条件。
[0028]铜作为电池负极最可贵的性能，就是以上所述的几点；电池不放电时，铜跟稀硫酸根本不起反应，当电池输出电流强，铜跟稀硫酸的反应也强，电池输出的电流弱，其反应也弱，而且能自动控制反应的强弱。
[0029]本电池结合硫酸铜电镀技术，参考文献，是依据化学工业出版社程秀云、张振华等主编的[电镀技术]，ISBN7-5025-4040-7。
[0030]本发明人理解，如查阅有关铜的化学性能及对电池有关的所有文献，知道铜跟稀硫酸是不起反应的，这应该是指:铜在常温下或者是在摄氏零度和一个大气压的标准状况下而言。但是铜在某些特殊的情况下，能跟稀硫酸起反应生成硫酸铜，也可以做蓄电池的负极活性物质，而且性能十分优越。上述的特殊情况是指，比如在本发明的铜酸蓄电池里，改变了铜的本性，在电池输出电流时，铜能与稀硫酸起了反应，因为电解液中有正极的强氧化剂二氧化铅存在，二氧化铅能将铜氧化为氧化亚铜或氧化铜，不管是被氧化为氧化亚铜或氧化铜，都能与稀硫酸反应生成硫酸铜。
[0031]与现有技术对比，本发明的有益效果是:本发明的铜酸蓄电池，采用以铜代替铅作为负极活性物质，以稀硫酸与硫酸铜的混合液为电解液，负极板在放电与充电的电化学反应中，只是铜与硫酸铜的变换，根治了铅酸蓄电池负极板“硫酸铅化”的顽症，从而大大延长了电池的使用寿命。此外，铜酸蓄电池依靠原材料丰富、生产工艺简单、成本低廉、价格便宜、及使用寿命特别长等优势，为光伏发电、风力发电、电网调峰等领域优选的储能蓄电池。
【附图说明】
[0032]图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的正极板载流体的一种结构示意图；
图3是本发明的负极板载流体的一种结构示意图；
图4是本发明的隔板的一种结构示意图；
图5是本发明的一种剖视图；
图6是本发明的支撑架的一种俯视图；
图7是实施例1中正极板的一种结构示意图。
[0033]附图标记为:壳体1、支撑架2、负极板3、隔板4、正极板5、正极导电铜板6、电解液7、负极导电连接板8、框架9、竖板10、横铅条11、纵铅条12、通孔13，竖向隔板15、负极导电铜板16。