酸性铅锌蓄电池的制作方法

酸性铅锌蓄电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及储能设备技术领域，一种能快速充电的，相似超级电容器，其容量又接近传统的铅酸蓄电池，介于此两者之间的酸性铅锌蓄电池。
【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池的历史悠久，其技术成熟、价格低廉、原材料丰富、性能优良等诸多优点。但循环次数仅几百次至千余次。其负极板的“硫酸铅化”和正极板铅栅的烂断，是迄今为止难以根治的顽症，至今尚未找到彻底根治的有效办法。
[0003]银锌电池是由价格昂贵的银来制造，由于银的价格昂贵，在大型储电领域中是使用不起的，基本上做成微型的纽扣式电池，供给小型电器如计算器、儿童玩具等场合使用。
[0004]锂离子蓄电池单个电压高、电流大，但制造工艺复杂，成本高，价格贵。是手机、数码相机、笔记本电脑等高档电器的最佳的蓄电池，但因价格太贵，循环次数并不是最高，在大功率的使用领域也使用不起。
[0005]超级电容器的最大优点是充电时间快、仅几分钟，循环次数可达十万次以上，缺点是价格昂贵，而储电容量不如蓄电池。
[0006]酸性铅锌蓄电池是介于超级电容器和铅酸蓄电池之间的一种储电装置。它是采纳铅酸蓄电池技术中之精华，予以消化，并结合硫酸锌电镀锌技术合于一体而衍生的发明。
[0007]在硫酸盐电镀锌技术上，镀后必须处理的项目，有一个“除氢”项目很重要，所谓除氢，即是在电镀锌过程中除了镀上锌层外，还有氢离子被还原成氢，除了一部分成为氢气逸出外，还有一部分以原子状态涌入到锌镀层的晶格中去，也就是有氢原子储存于锌镀层的晶格当中，被称为“氢脆”，“氢脆”在电镀作业上对被镀零件产生危害，通常采用加热至200至300摄氏度的高温处理，使氢逸出。
[0008]但在酸性铅锌蓄电池里，在充电时，相似处于镀锌状态，在此过程中，氢原子也涌入到锌镀层的晶格中，使负极板得到“储氢”，成为负极的活性物质之一，对电池却是有利的。
[0009]酸性铅锌蓄电池跟大家所熟悉的铅酸蓄电池相比，有其共同之点，就是它们的正极活性物质都是二氧化铅作为“去极剂”。也有相异之点，就是它们负极板的活性物质及电解液的化学成分各不相同；铅酸蓄电池负极板的活性物质是粉末状态的铅，它依附在铅栅中的空格子内，依靠其极大的比表面积实施“储氢”，电解液是比重1.28至1.3的稀硫酸，电压为2V。酸性铅锌蓄电池负极板的活性物质是锌，是在充电时被镀于负极板的基体之上，这层锌镀层，不需要极大的比表面积依然能工作。放电后，锌从基体上溶解成为硫酸锌离子溶于电解液中，负极板在放电与充电过程中，只是锌跟硫酸锌的变换，因此形成了长期的循环。不可能造成“硫酸铅化”的顽症，电解液是比重1.3至1.35以硫酸锌为主的水溶液，电压为2.4Vo
[0010]经网上查询，在2003年，浙江省临海市有人以碱性铅锌蓄电池的名称申请专利，专利号为CN03116532.X，申请日为2003年4月22日，公开(公告)日为2003年10月22曰。
[0011]今摘录其摘要:一种碱性铅锌蓄电池，为提供一种低成本，长寿命的蓄电池，利用二氧化铅作正极，锌作负极，氢氧化钾为电解液。在充、放电时，利用二氧化铅与锌在氢氧化钾溶液中的氧化、还原反应，产生电子转移，实现电池的充、放电，具有成本低，寿命长的优点。
[0012]主权页，一种碱性铅锌蓄电池。其特征是:正极为二氧化铅，负极为锌，电解液为氢氧化钾溶液。
[0013]这个公告，未说明该电池的电压几何，本申请人对该蓄电池存在质疑，据我所知，二氧化铅只能在稀硫酸的溶液中才能有很强的氧化能力，铅酸蓄电池就是以此作为活性物质(去极剂)。但在碱性溶液中，则没有功能，如果将二氧化铅当作去极剂，二氧化铅则失去氧化的功能，尤其是在氢氧化钾溶液中，如作为碱性铅锌蓄电池的电解液，其结果会是怎样呢？
[0014]出于好奇，我也作过试验，电压只有1.5V，仅存在短暂的时间即消失为零，短路电流很弱，比锌锰干电池的短路电流还弱，不能输出大电流。二氧化铅在氢氧化钾溶液中，先转变为一氧化铅，一氧化铅能溶于氢氧化钾溶液中，成为电镀技术中相似酒石酸盐镀铅的“镀铅液”，因为电解液中生成了铅离子，经过充电，正极铅栅的铅即被溶解为铅离子，铅离子就能在负极板表面上沉积成粉末状的铅肩，此试验终于失败。
[0015]最近，中科院上海硅酸盐所研制的石墨烯电池，以充电7秒跑35公里的报导将轰动全国，但未说明是电动自行车凡是电动轿车，其电池总容量是几安时，要几伏电压去充电、充电电流是几千安倍以上到万安倍去充电呢？
[0016]申请人最初用两块铅板插在硫酸铜的饱和溶液中进行电解，研制了以铜作为负极活性物质的铜酸蓄电池。此电池充足电时的电压为1.5V，稳定工作电压为1.3V至1.4V、放电电流强，稍亚于铅酸蓄电池，正极板不会烂断，负极板也不可能产生“硫化”，循环次数很高。曾于2014年6月27日向中华人民共和国知识产权局专利局申请实用新型专利，申请号或专利号为2014203447404.3。
[0017]今又以两块纯铅板插在比重1.35的硫酸锌溶液中进行电解，研制了另一种新型的蓄电池，此电池充电时间快、原材料丰富，充足电时的电压为2.5V，稳定工作电压为2.4V，因为其负极的活性物质为锌，电解液呈酸性，故取名为酸性铅锌蓄电池。

【发明内容】

[0018]本发明所要解决的技术问题是:提供一种原材料丰富而且便宜、结构简单、生产简便的储电装置，为了弥补上述几种蓄电池中存在的缺陷而研制的，它是铅酸蓄电池、银锌电池衍生的一种廉价蓄电池，是以廉价的二氧化铅取代价格昂贵的氧化银为正极的活性物质，负极用薄铅板、或者用薄铜板表面镀铅作为锌的依附体兼集结电流的载流体。为何不用锌板为负极，而用薄铅板、或者用镀铅的薄铜板为负极呢？因为锌是参加反应的活性物质，在稀硫酸溶液中能跟稀硫酸起反应被腐蚀，而铜不能跟稀硫酸起反应，为了保持负极板的完整，在铜板的表面镀上一层薄铅，即使其表面的锌被消耗殆尽，仍能保持2V的电压，如果铜板上不镀铅，锌被消耗殆尽后，暴露在这个电解液中的铜板在此情况下，也能产生1.3V的电压，也能输出大电流，相似“铜酸蓄电池”，久而久之也被腐蚀，所以要用薄铅板或者镀铅的铜板，利用铅来保护铜，才能保护负极板的基体永远不被腐蚀以保持原形，因为铅跟稀硫酸反应后产生一层致密的、不溶于稀硫酸的硫酸铅，能保护内部不再被腐蚀，此层硫酸铅很薄，其厚度只有上几个微米至二十几个微米，可以保护铜板不被侵蚀，在充电时可以被还原为金属铅。
[0019]本发明的负极基体可用0.2毫米厚的薄铜板表面镀上约20微米厚的铅，其目的:就是可以减薄负极板的厚度与重量。传统铅酸蓄电池的负极板通常是2毫米厚，而铜板镀铅后再被镀上锌之后，其总厚度不会超过0.3毫米，既薄又轻，可减低电池的重量，内阻低、导电性又好。
[0020]虽然酸性铅锌蓄电池的综合性能比银锌电池差，但铅及其氧化物的价格不到银及其氧化物价格的1%，如铅板、硫酸锌、硫酸等物质，都是低价而且丰富的资源，尤其是电解液硫酸锌无毒，对环境不产生污染，适合环保要求。