更迭充电式铅酸蓄电池的制作方法

本发明涉及电化学储能设备技术领域，可以更迭充电的蓄电池。

背景技术：

铅酸蓄电池是目前世界上技术最成熟，价格最低，原材料最丰富，性能稳定，可以回收再生利用……等等的许多优点。

但是，其循环寿命短，尤其是它的正极板铅栅一直无终止地被氧化为pbo2而烂断，及负极板的硫酸铅化，是亇两大顽症，至今无最有效的技术措施。

本发明是在铅酸蓄电池的技术基础上衍生的一种蓄电池，为了提升铅酸蓄电池在现有技术上的比能量及延长循环寿命，而提出的技术改革方案。

众所周之，所有的蓄电池(包括铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池......等等蓄电池)在充电时，必须认清电池极性的正、负，正对正，负对负，方能安全充电，如果极性接反充电，将会使蓄电池损坏，甚至可能引起爆炸等危险。所以，蓄电池在充电时，必须认清极性的正、负，确认正确后，才能充电。

铅酸蓄电池的鼻祖，是法国科学家普兰特(raynondgastonplante)，于1859年用两片铅板浸在稀硫酸中通入直流电，正极的那端被氧化为二氧化铅，负极的那端仍是铅，只产生氢气逸出，两端间产生2.2v的开路电压，这是最原始的铅酸蓄电池，因为此极板仅有表面的面积，不能输出较大的电流，不能实用。

1860年，普兰特终于研究成功实用的铅酸蓄电池，在铅箔的两个电极上涂上铅粉经充电后增加容量，并向法国科学院提出铅酸蓄电池的工作模型。

现代铅酸蓄电池技术，都是以普兰特极板的技术为基础，经历无数次改进后结下的硕果。正极板是铅，负极板也是铅，经过电化学处理后，正极板被氧化为氧化能力极強的二氧化铅海绵体，其中的成分是由α-pbo2晶体和β-pbo2晶体组成，这是1956年由bade发现的，负极板被还原为铅质海绵体，这跟其他电池截然不同，镍镉电池；正极镍和氧化镍，负极为镉，镍氢电池；正极同上，极负为储氢材料中储存的氢。惟独铅酸电池正极板跟负极板都是由铅制成，铅栅是铅锑合金或者铅钙合金，极板在化成(充电)前，其活性物质都是含有约60％至80％左右一氧化铅的铅粉，化成后，正极板被氧化为二氧化铅海绵体，负极板被还原为铅质海绵体。

现有技术的铅酸蓄电池，都是遵循普兰特极板的基本原理，经过改进再改进后实施的技术。

在现有技术上，铅酸蓄电池的正极板跟负极板的铅栅中所涂的活性物质。在化成(充电)前，都是用铅粉球磨机磨碎的铅粉为原料，此原料是内含60％至80％的一氧化铅和金属铅粉的粉态混合物，其颗粒直径约2微米至16微米，加水调成铅膏涂于铅栅的空格子内，正极板跟负极板不一样；正极板是3毫米厚，负极板是2毫米厚，在每亇单元内，负极板要比正极板多1片，负极板中通常加入少量的硫酸钡以改善性能，而正极板则不可。

由于正、负极板的特性不同，所以充电时必须认准极性，不可反接。

技术实现要素：

迄今为止，绝对无人敢将电源极性反接对蓄电池充电，倘若反接极性充电，其后果将会损坏充电器、蓄电池、或引起电池爆炸。

做一亇实验，取尺寸为135毫米×67毫米，厚度为2毫米的铅板a和b，浸在30％左右的稀硫酸中，a板接正电，b板接负电，通入1安培的电流充电5小时后，a板上生成偏棕色的二氧化铅，b板依然是铅，其颜色不变，两极板间的开路电压为2.2伏特，作破坏性的短路放电试验，瞬间电流约15安培左右，第二次短路时，电流为零，如此充、放电数十次，都是如此反应的结果。

另一个实验；再充电时将电源反接；将b板接上正电，a板接上负电，a板上的二氧化铅被还原为铅质海绵体，b板上的铅被氧化为二氧化铅海绵体，每次也以1安培的电流充电5小时，完毕后，又做破坏性的短路放电试验，如此进行了数十次，却得到神奇的效果，即是每一次充、放电后，其容量却跟充、放电次数的增加而增大，其中有什么奥妙。道理很简单，请看以下简述；

按照本说明(0010)段的实验，铅板a自始至终，都被氧化生成二氧化铅海绵体，二氧化铅海綿体因此愈积愈厚，因氧化而刻蚀铅板，消耗了铅，铅板厚度变薄而变形。铅板b自始至终，都由铅氧化为硫酸铅和硫酸铅被还原为铅的变换，但不能生成铅质海绵体，所以负极板铅的厚度絲毫不变，仍是原形。

按照本说明(0011)段的实验，铅板a和铅板b，因充电极性的变換，都得到氧化与还原，铅板a生成过二氧化铅海绵体，也生成过铅质海绵体，铅板b也是如此，两极板都随着充电次数的增加，二氧化铅及铅质海綿体的质量也同步增加，其容量也跟着增大，这是为何要更迭充电的科学依据。

本发明为了治疗铅酸蓄电池正极板铅栅的烂断，及负极板产生“硫酸铅化”的两大顽症，而提出的技术改革措施，包括下列三亇技术改革方案；

【1】，用更迭充电的方式对本蓄电池充电，更迭充电的意思并不是每次充电都变換充电的极性，如果这样做，反而造成大大的损害，这绝对不可取。

应该在本蓄电池使用中的第一年用正向充电，即是充电器的正极端对蓄电池的正极充电，蓄电池的负极端对蓄电池的负极充电。第二年使用改为反向充电，即是充电器的正端对蓄电池的负极充电，使蓄电池的负极转变为正极，正极转变为负极。第三年使用又用正向充电，第四年又用反向充电，如此变換极性。

必须主意，在第一次变換极性充电时，必须将电池的电放光后才可充电，不然，充电电流很大，可能损坏充电器，但可以使用恒电流的充电器充电，限制了充电的电流，本说明书附图1的充电器，可作参考，第一次充电以后，已经改变了蓄电池的极性，以后每次充电，可用常规的充电器充电，此措施也可以延长本蓄电池的循环寿命，是一项绝对有益的技术改革方案。

本蓄电池用更迭极性充电有何好处，为何能延长它的循环寿命，理由如下；蓄电池充电时相似水的电解，每次充电时，正极处于氧化反应，正极产生的氧，能将正极铅栅中因电池放电后所生成的一氧化铅、硫酸铅、都氧化为二氧化铅，同时也将铅栅的表面也氧化为二氧化铅，二氧化铅能导电，不能构成致密的氧化膜保护铅栅被继续氧化，而继续向里面推进，甚至无终止地将铅栅氧化，使铅栅一层又一层地被刻蚀，最后便断了栅条。

经过长期充电后，正极铅栅的铅，一层又一层地被氧化为二氧化铅，被“刻蚀”而“瘦身”，于是，栅条(筋条)的截面积愈来愈小，最后断了，俗称铅栅被氧化烂断。铅栅是活性物质二氧化铅的依附体、支撑体、及集结电流的导电体，二氧化铅为“毛”，铅栅为“皮”，皮之不存，毛将焉附。因此，活性物质二氧化铅失去了依附体、支撑体、不能集结电流，使蓄电池的容量逐渐减低，最后，电池內部形成极大的內电阻，而使电池报废。

传统铅酸蓄电池的正极铅栅是长期被氧化的，没有被还原的机会，而负极板的铅栅，在放电时被氧化为硫酸铅，充电时硫酸铅又被还原为铅，不受到侵蚀而完好无损，这使正、负极板的铅栅，在使用上极不平衡。

更迭极性充电对铅栅的使用很平衡，正、负极板都参与氧化与还原，即是由正、负极板的铅栅平摊氧化，正、负极板的铅栅都得到还原为铅，在理论上，可以延长循环寿命200％，这是延长本蓄电池循环寿命的手段之一招。

【2】，本蓄电池对现有技术铅栅的厚、薄、形状、进行调整，将原正极板的铅栅由3毫米厚减薄为2.2毫米至2.5毫米厚，负极板的铅栅由2毫米厚增厚至2.2毫米至2.5毫米，使正、负极板一样，适于更迭充电。铅栅框架及其内栅条(筋条)的横截面的形状，改为正方形或者矩形。

为了有利于压铸，现有技术的铅栅都是用铅锑合金或铅钙合金来压铸，但增加了铅栅的电阻，金属愈纯，导电性能愈好，基于此，本蓄电池为了降低铅栅的电阻，改用纯铅压铸，或用2.2毫米至2.5毫米厚的纯铅板用冲床冲制。

【3】，采用纳米铅粉，其中再掺入约1％左右的乙炔黑，为本蓄电池的活性物质，因纳米铅粉的单位比表面积，与传统用的铅粉相比，因其比表面积增大，对提升铅酸蓄电池的比能量，自然能起关键性的作用。在现行技术上，负极板的活性物质中常添加少量的硫酸钡以改善负极板的性能，但对正极板却是不利，故本专利取消了硫酸钡，使正、负极板一样，因此可以更迭充电。

按【1】、【2】、【3】、的三亇措施，是本发明的技术改革方案。

方程式(1)“pb(负极)+pbo2(正极)+2h2so4(电解液)-pbso4(负极)+pbso4(正极)+2h2o(电解液)”是公认的铅酸蓄电池总反应的理论方程式。

方程式(2)“pb(负极)+pbo2(正极)+h2so4(电解液)——pbso4(负极)+pbo(正极)+h2o(电解液)”是本申请人提出的铅酸蓄电池总反应的实际方程式，由于申请人学识所限，该方程式是否正确，仅作为参考。

方程式(2)并不是推翻(0024段)所述的方程式(1)，因为任何能量转換，实际总是不能跟理论相等的，在拆解所有报废的废电池中，发现正极板上有90％以上是淡黃色的一氧化铅，也有少量残留的二氧化铅，生成白色硫酸铅的数量极少。

二氧化铅不能溶解于稀硫酸，在稀硫酸中是非常穩定的，电池在放电后，二氧化铅失去一亇分子的氧，变为一氧化铅，一氧化铅跟稀硫酸反应才能化合为硫酸铅，如方程式pbo+h2so4——pbso4+h2o所示。

因为报废的铅酸蓄电池，大部都是失水干涸，己经没有稀硫酸跟一氧化铅起反应了，所以不能生成硫酸铅。

附图说明

附图1是简易10安倍恒电流充电器的电路示意简图，图中开关q，电容器c150μf/500v，指示灯hl，桥式全波整流器u20a/500v，接地e，泄放电阻r10k/2w，输入电流表acpa，输出电流表dcpa。

附图2是12v20ah本蓄电池的极板铅栅尺寸示意图，此图仅作参考

具体实施方式

实施例1，以本蓄电池12v20ah的规格，其壳子外形尺寸为；高170毫米×长180毫米×阔77毫米，极板尺寸为长135毫米×阔67毫米×厚2.2毫米至2.5毫米，每单元为8片(正4、负4)，总片数共48片，正、负极板的活性物质，是纳米铅粉内含有约1％左右的乙炔黑，其目的，是依靠乙炔黑具有极大的比表面积(200平方米/克)及优良的导电性，改善极板的性能。

本实施例所用的铅粉，是采用名称为“铅酸蓄电池专用纳米铅粉电生长制粉法”(专利号201611119242.8)的制造方法制取的纳米铅粉，由于是实验性，并且属于自产自用，制取时所需的洗涤水，因经济能力等所限，竟然使用家用的自来水，难免其中含有微量的氯离子，可能降低质量，倘若大规模投产，当然采用阳离子交換法或反渗透膜法制备的纯净水使用，使质量更佳。

其他如电解液、隔板等材料及涂膏、化成、装配等工艺，依照现有的技术实施。