谈铅酸蓄电池的电解液及其密度调整

文/肖 艳

谈铅酸蓄电池的电解液及其密度调整

文/肖 艳

电解液（也叫电解质），在启动用铅蓄电池中是以水溶液状态的稀硫酸作为电解液的。使用前将电解液从注液孔注入电池内部，与极板的活性物质发生作用产生电能。所以，电解液的多少、纯度， 将直接影响到铅蓄电池的电气性能和使用寿命。

1.电解液对蓄电池使用性能的影响

（1）电解液浓度与铅酸蓄电池的电动势和开路电压的关系。铅酸蓄电池的电动势和开路电压与铅酸蓄电池的电解液比H2SO4的浓度有关，随着电解液H2SO4的浓度下降，铅酸蓄电池的电动势和开路电压也下降，因此，可以通过测定电解液的浓度来了解铅酸蓄电池的电动势和开路电压。铅酸蓄电池开路电压与电解液H2SO4的浓度的关系曲线如图1；铅酸蓄电池的电动势与电解液H2SO4的浓度关系如表1。为了正确使用蓄电池，仅仅了解它的基本原理和构造是不够的，还应当掌握蓄电池工作的有关规律。蓄电池的全部工作，就是充电和放电的不断反复。在这两个过程中，它的电压、电解液密度以及极板上的活性物质是在随时发生变化的，它具有一定的规律性，这对实际使用有着指导意义。

图1 铅酸蓄电池开路电压与电解液H2SO4的浓度的关系曲线

表1 铅酸蓄电池的电动势与电解液H2SO4的浓度的关系

（2）电解液相对密度对放电电流和容量的影响。任何流体都具有一定的粘滞性。在铅蓄电池内，电解液产生粘滞性。电解液密度越高其浓度也就浓，反之则稀。电解液浓度过稀，则电池的电阻系数很大，使用时，电压会很快下降，不能保证额定容量的输出。电解液过浓其粘度就大，由于粘度大而影响离子的扩散速度。离子扩散速度愈大，电化作用就愈好，电池的容量也就愈能发挥。当电液粘度太大时离子扩散速度降低，电化作用就差，电池的容量发挥得也差。由于电解液的浓度直接影响到蓄电池的容量，所以必须选择适当密度的电解液。

在正常使用范围内，电解液相对密度越低、容量越大；但也不能过低或过高，过低或过高都会导致容量下降。蓄电池对电解液的质量要求较高，规定要用纯净的硫酸和蒸馏水配制，如果用工业硫酸（内含有铁、铜等杂质）和非蒸馏水配制，则将带进杂质，造成极板的早期损坏和容量的自行消失。在紧急情况下，若实在找不到蒸馏水时，可暂用雨水、雪水代替。

电解液密度的高低对蓄电池的性能和寿命有很大的影响。若增加比重，虽然电解液和极板间的化学作用增强，电动势会随之升高，而且在一定范围内还可以避免电解液结冰，但隔板将被硫酸加速腐蚀，极板也易于硫化，使蓄电池寿命缩短。据试验，当电解液密度为1.29时（与电解液密度为1.25～1.26时比），蓄电池寿命将缩短40%。

（3）电解液密度对铅蓄电池的性能和寿命的影响。电解液密度决定蓄电池的电动势，密度影响电解液粘度，因而影响离子的扩散速度；密度影响电解液的电阻；密度影响极板微孔内外的密度差，也影响离子的扩散速度。电解液密度对蓄电池的工作有很大的影响。密度增大，电解液冰点降低，并且可以提高容量；但密度过大，粘度增加，电解液渗透困难，容量反而降低，并且极板容易硫化，会缩短使用寿命。当电解液密度过高时，不仅增加了电解液的电阻和粘度，而且还增加了负极板的局部放电和腐蚀，显然，这样不但不会增加蓄电池的容量，反而会降低蓄电池容量及影响使用寿命。为此，在实际应用中，电解液的密度必须适当。新蓄电池应按照出厂说明书加注适当密度的电解液。

（4）电解液温度对铅蓄电池的放电特性的影响。电解液温度增高，电解质的活动能力增强，它容易形成电离子状态，这样也增加了蓄电池的容量。当温度降低时，一方面由于电解液的粘度增大，渗透阻力增加，向极板内部补充的速度减慢，极板深处活性物质的利用率减少，因此，放电过程中端电压下降很快，容量显著减小；另一方面，电解液的粘度增大，使电解液电阻增大，放电中消耗的内电压降增大，也使端电压下降，容量减小。特别是低温大电流放电，对特性影响就更大。但在实际工作中，绝不允许为了加大容量而提高工作温度。通常， 固定式蓄电池的温度不允许超过35℃，移动式蓄电池的温度不允许超过45℃。温度过高，会损坏蓄电池的极板和隔板。通常考核蓄电池容量是在25℃条件下，以20小时率放电进行检验。

2.电解液的性质

铅蓄电池的电解液是稀硫酸溶液，是由浓硫酸和蒸馏水合配制而成。铅蓄电池用的电解液必须采用最纯洁的浓硫酸和蒸馏水按一定的比例进行混合。纯洁的浓硫酸是无色、粘稠、油状、透明的液体。在25℃时，它的密度为1.835，沸点为338℃，它能以任何比例溶于水，硫酸与水混合时放出大量的热量，硫酸和水的亲和力是如此之大，以致它能从若干有机物质，如蓄电池用木隔板中，吸收氢和氧的元素，所以木材浸在中等浓度的硫酸中会烧坏，因为硫酸从木材中吸收氢和氧，就剩下了碳，使木头变成暗黑色。硫酸加热时，它以气体形式放出硫酐，硫酐从空气中吸收水蒸气而形成白色浓雾。

（1）电解液的收缩。在配制电解液时，硫酸与水相混合，所得混合液较原来各体积之和要小。混合液体积的收缩，是随所得混合密度大小而异，在电解液的密度一直达到1.600为止，其收缩量是逐渐增加的，但当密度超过1.600以后，收缩量则随密度的增加反而减少。在配制电解液时， 应以质量为计算根据才较准确， 因为硫酸和水相混合使体积收缩， 而质量是不变的。

（2）电解液的冰点。电解液随浓度的不同， 其冰点也不同， 所以对某一电池在充电状态与放电状态的冰点也是不同的， 电解液在各种密度时的冰点如表2所示。由表中可见电解液的密度与冰点的关系，并非单一的直线关系，而是有两个峰谷的曲线。但密度为1.295（25℃）的电解液冰点最低， 当密度较此为低的电解液冻结时，从电解液中析出普通的冰块结晶，此密度较大的电解液冻结时析出硫酸四水物（H2S04・4H2）的结晶。普通移动型蓄电池在完全充电时的电解液密度为1.280～1.300，相当硫酸冰点最低，因此，即使蓄电池在最严寒的条件下也不致冰冻。

表2 电解液的冰点

（3）电解液的电阻系数。电解液的电阻系数随其密度和温度的不同而异，但因为电解液的电阻系数在密度1.150～1.300范围内较低，所以蓄电池均采用此范围的电解液。电阻系数最小的电解液为25℃时密度为1.196的电解液。如表3为在25℃时各种密度的电解液的电阻系数（25℃时不同密度的电解液每立方厘米的电阻欧姆数叫做电解液的电阻系数）。

为了使蓄电池的内阻减低，所以采用密度1.200左右的电解液。但在放电时浓度逐渐变稀，在此情况下只有提高电解液的浓度，如移动型蓄电池大都采用较浓的电解液，以适应快速放电和防止放电后电解液变稀在冬季发生冻结。电解液的电阻又随温度的升高而降低。

（4）蒸气压力。硫酸的吸水性很强，浓硫酸强烈地从空气中吸收水蒸气，硫酸溶液具有一定的蒸气压力，此压力随温度和浓度的变化而变化。人们常常发现，有时电解液很容易蒸发，有时却不容易蒸发，我们在维护中发现经常要给电解液添加蒸馏水，其实大部分蓄电池所失去的水分是在充电期间，由于放出气体以及“冒气”时溅出散失的。硫酸并未蒸发，只有当电解液蒸汽压力大于空气的蒸汽压力时，才发生蒸发。当电解液蒸汽压力较小时，反而会从空气中吸收水分，这就告诉我们为什么电槽的电解液有时会无故地多出。了解了硫酸的吸水性质后，就可以清楚地知道， 虽然硫酸倾倒出来很久，但长时间不会蒸发，也就是说不会“干枯”的原因了。由于这样，就是涂了防酸漆设备的表面也会被硫酸所腐蚀，所以必须及时把电解液清洗掉。

表3 电解液的电阻系数

3.电解液比重与放电

（1）不同地理和气候条下的电解液密度。电解液密度究竟是高好还是低好，需要对于具体情况作具体的分析。冬季气温低，电解液的粘度大，不易渗入极板内部，蓄电池的端电压和容量都将下降，特别在强烈放电时表现尤为显著。在蓄电池放电较多的情况下，电解液还有结冰的危险。因此在冬季或寒区，应该采用密度较高的电解液。相反，在夏季或热区，则应采用密度较低的电解液，防止隔板和极板的早期损坏。根据我国的地理和气候条件，充足电的电解液密度可参考表4选择。

表4 不同地区和气温条件下的电解液相对密度

铅酸蓄电池的电解液，是由相对密度为1.84的纯硫酸和蒸馏水按一定的比例配制而成。相对密度一般在1.24～1.31的范围之内。根据蓄电池的用途，工作环境温度不同，可以选用不同相对密度的电解液。固定式铅蓄电池不十分追求质量轻，而看重使用寿命，常常选用密度低的电解液；电瓶车用铅蓄电池对质量有一定的要求，常常选用密度适中的电解液；启动用铅蓄电池，既要求质量轻，又要求瞬时放电能力强，常常选用密度高的电解液。

我国幅员广阔，南方气温较高，应选用密度较低的电解液；北方全年温差变化大，夏季与冬季应使用不同密度的电解液。配制不同密度的电解液可以按表5进行。

表5 电解液配制成分的比例

（2）电解液的液面高度。蓄电池的电解液液面应高出极板10～15 mm。若液面过低，则露出液面部分的极板，不能参加化学反应，使蓄电池容量减小，同时露出的部分还容易硫化而损坏。若液面过高，电解液又容易溅出；积存在盖上，使之两极柱间构成通路而自行放电，且易腐蚀极柱和接线夹。因此，应及时补充蒸馏水，不得添加电解液。因为液面下降的原因是水蒸发和充电时水的电解所致，任意添加稀硫酸导致电液密度上升，影响极板使用寿命。只有电液外溅或倒出的情况下才允许在充电终了时，添加适当密度的电解液。

（3）电解液相对密度。蓄电池在充足电时的电液相对密度为1.31，放电25%时的相对密度为1.27，放电5%时的相对密度应为1.23。根据电液相对密度数值，即可判断蓄电池的放电程度。电液相对密度较充足电时的相对密度每降0.01，相当于放电6%，即相对密度降低0.04，放电近似25%。

用高频放电计可精确地测出蓄电池的放电程度，将其触针用力压在单格电池的两极柱上，通过跨于两触针之间的负荷电阻放电。放电叉是一只3 V电压表和一个定值负载电阻并联装在一个带柄的叉中的放电计，它只能检查单格（即2 V）。检查时将两针抵牢单格的正负电桩，在指针稳定的3～5 s内，迅速读出所指示的放电值。指示在1.5～1.75 V之间应及时充电；在1.5 V以下为蓄电池有故障，应予排除。

4.电解液密度的调整

蓄电池在充电接近终期时，电解液中的水不断的减少，密度在增高。由于各电池的反应不尽一致，电解液的密度就会出现高低不一，按规程规定各电池间的密度差不应超过0.005，为此充电接近终期应进行密度的调整。

调整密度的方法看来简单，但要熟练正确掌握，还要在实践中总结和摸索规律，掌握了规律，经过1～2次的调整，各电池的密度基本可趋于一致。而盲目的调整，将使密度越调越乱，参差不齐。调整方法一般从全测记录中可以看出多数的密度基本是接近的，少数有偏高或偏低的，若多数的密度在规定的1.200～1.210（25℃）范围内，这部分电池先不必调整。少数密度低于上述范围的暂时也不需调整，可继续充电观察，一般这部分电池的密度将随着充电的进行还会逐渐上升。少数密度高于上述范围的电池则应根据密度偏差的大小，确定添加蒸馏水的多少，密度每降0.001需添加的蒸馏水量是随电池容量的不同而不一样，应在实践中找出规律。一般经验数为2K-10（720 Ah）电池密度降0.001需添蒸馏水100 ml左右，找出这个基本量后，即可按比例估算出密度偏高的电池应添加的蒸馏水量。一般不宜过多，避免由于添加蒸馏水过多使密度始终充不起来。第1次调整后经过继续充电1 h，再进行全测一遍，若个别电池的密度达不到要求范围，则可进行第2次调整，一般经过1～2次调整即可使每个电池间的密度差不超0.005。

当每个电池间的密度差调整符合规程要求后，可观察电液液面是否都在极板上沿10 mm以上，若个别液面低于上述规定时，可将密度接近而液面较高的电池中抽出一部分添加在液面过低的电池内补充。如果充电后的电解液密度经几次调整后仍高于规定值，且液面又太高， 可先从电池中抽出一部分电解液， 再添加蒸馏水调整之。如果经过几次过充电后，确认电池无障碍，但铅蓄电池电解液的密度仍低于1.200时，方可添加密度在1.230以下的稀硫酸并继续充电，待电解液充分混合后，逐步调整到密度符合规定为止。

在实际工作中，密度的调整，一般是添加蒸馏水而很少添加稀硫酸。对液面过低的平时应勤添而少加，要避免一次添加过多影响电液的混合。充电前如液面过低时可在充电前先添加蒸馏水补足液面，然后进行充电，这样可在气体发生时使电解液充分混合均匀。如确认电池内缺酸时则添加稀硫酸应在蓄电池充电接近终期，极板发生气泡时进行，添加稀硫酸后，应继续用末期充电电流充电1～2 h，使电解液混合均匀。