一種疊式銅酸蓄電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種由鉛酸蓄電池衍生的銅酸蓄電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛酸蓄電池是目前世界上技術(shù)最成熟、價(jià)格最廉、性能穩(wěn)定、電壓高、電流大、原材料最豐富的一種蓄電池。
[0003]但是，鉛酸蓄電池有缺點(diǎn)，就是壽命短、循環(huán)次數(shù)有限，其主要原因是；正極板的鉛柵經(jīng)不起充電時(shí)氧化的侵蝕而爛斷，因此失去了支撐活性物質(zhì)及集結(jié)電流的功能。負(fù)極板的活性物質(zhì)鉛微粒，在每次放電時(shí)跟稀硫酸反應(yīng)所生成的硫酸鉛積厚后，產(chǎn)生白色板塊的“硫酸鉛化”，形成極大的電阻，因而使電池?zé)o法充電而失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種疊式銅酸蓄電池。本發(fā)明的銅酸蓄電池，采用以銅代替鉛作為負(fù)極活性物質(zhì)，以稀硫酸與硫酸銅的混合液為電解液，負(fù)極板在放電與充電的電化學(xué)反應(yīng)中，只是銅與硫酸銅的變換，根治了鉛酸蓄電池負(fù)極板“硫酸鉛化”的頑癥，從而大大延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種疊式銅酸蓄電池，包括殼體、電解液、負(fù)極板、正極板和隔板。所述電解液包括硫酸銅飽和水溶液；所述負(fù)極板的載流體為純鉛片或者在表面鍍有耐稀硫酸的金屬層的銅片；所述負(fù)極板載流體的表面鍍有一層銅層作為負(fù)極活性物質(zhì)。
[0006]本發(fā)明的疊式銅酸蓄電池，負(fù)極板以銅作活性物質(zhì)，在充、放電的循環(huán)反應(yīng)中，只是硫酸銅在充電時(shí)被“還原”為銅，在放電時(shí)銅被“氧化”為硫酸銅的變換，不能產(chǎn)生如鉛酸蓄電池負(fù)極板的“硫化”現(xiàn)象，根治了負(fù)極板“硫化”的頑疾，能保證負(fù)極板長(zhǎng)期使用。所述的耐稀硫酸的金屬層為鉛(Pb)膜、鋯(Zr)膜或鈮(Nh)膜。
[0007]電解液用硫酸銅水溶液，其中含有稀硫酸及防凍劑。每只電池的引出端無接線的極粧，跟紐扣式鋅銀電池相似，依靠相疊串聯(lián)取得所需要的電壓。
[0008]作為優(yōu)選，所述正極板的載流體是用純鉛壓鑄而成且表面設(shè)有通槽的的鉛板，所述通槽內(nèi)填充有二氧化鉛作為正極活性物質(zhì)。
[0009]本發(fā)明的疊式銅酸蓄電池，其正極板跟現(xiàn)行技術(shù)中鉛酸蓄電池的正極板相似，其電化學(xué)反應(yīng)相同，但對(duì)其物理結(jié)構(gòu)予以改革，用純鉛壓鑄成又粗、又厚、又大的骨架，骨架框架通槽內(nèi)填充活性物質(zhì)，此框架能承受長(zhǎng)期的氧化侵蝕，確保極板不彎曲，用于分隔通槽的鉛筋條也不可能爛斷，保證正極板有長(zhǎng)期的使用壽命。
[0010]作為優(yōu)選，所述鉛板的厚度在5mm以上。
[0011]作為優(yōu)選，所述隔板為玻璃纖維隔板。
[0012]作為優(yōu)選，所述電解液還包括稀硫酸和防凍劑。所述防凍劑為現(xiàn)有電池電解液中可市購(gòu)的常規(guī)防凍劑，比如丙三醇等。
[0013]作為優(yōu)選，所述所述正極板、隔板、負(fù)極板為臥式平行疊層于所述電解液中，且所述隔板將正極板和負(fù)極板隔咼。
[0014]作為優(yōu)選，所述每只電池中含有一塊正極板、一塊負(fù)極板、一塊隔板，或者含有一塊正極板、兩塊負(fù)極板、兩塊隔板，其中每只電池設(shè)有正極引出端和負(fù)極引出端，所述正極引出端為與正極接通的正極導(dǎo)電銅板，所述負(fù)極引出端為與負(fù)極接接的負(fù)極導(dǎo)電銅板，多個(gè)電池之間依靠面接觸相疊串聯(lián)取得所需的電壓。
[0015]本發(fā)明是吸收鉛酸蓄電池技術(shù)中之精華予以消化，結(jié)合硫酸銅鍍銅技術(shù)集于一體的發(fā)明；解決鉛酸蓄電池正極板鉛柵的爛斷及負(fù)極板“硫酸鉛化”的兩個(gè)頑癥，提供解決的技術(shù)方案，對(duì)鉛酸蓄電池現(xiàn)有技術(shù)中的正極板結(jié)構(gòu)作了改良，更換負(fù)極板及電解液的化學(xué)成分，衍生了一種新的蓄電池，全稱疊式銅酸蓄電池，因?yàn)樗恼?、?fù)極沒有接線的極粧，用相疊串聯(lián)以取得使用時(shí)需要的電壓。
[0016]方程式(1)“Cu (負(fù)極)+Pb02 (正極)+3H2S04 (電解液)+CuS04 (電解液)一2CuS04(負(fù)極)+PbS04 (正極)+2H20 (電解液)+H2S04 (電解液)”是本電池在放電跟充電的電化學(xué)反應(yīng)。
[0017]放電時(shí)，方程式(1)由左向右，銅被“氧化”，銅跟稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，使電解液中硫酸銅的濃度變濃，因消耗了硫酸，使電解液中硫酸的濃度變稀。在放電后，方程式(1)右端的電解液中仍含有少量H2S04，而不是全部成為2H20。
[0018]充電時(shí)，方程式(1)由右向左，銅被“還原”，銅沉積于負(fù)極板上，換言之，就是銅被鍍于負(fù)極板之上，使電解液中硫酸銅的濃度變稀，同時(shí)使電解液中稀硫酸的濃度變濃。
[0019]如此電化學(xué)可逆反應(yīng)，永遠(yuǎn)可逆。最可貴的是:銅在電池不放電的“睡眠狀態(tài)”時(shí)，銅絕對(duì)不跟稀硫酸起反應(yīng)，這是作為電池負(fù)極所要求的最佳條件。
[0020]本發(fā)明人對(duì)鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)方程式(2) “Pb (負(fù)極)+Pb02 (正極)+2H2S04(電解液)一PbS04 (負(fù)極)+PbS04 (正極)+2H20 (電解液)”雙極硫酸鉛化進(jìn)行研究；電池放電后，正極跟負(fù)極都化合為硫酸鉛，負(fù)極板被化合為白色硫酸鉛是篤定的，正極板則并非如此。
[0021]實(shí)際上，正極板上黑褐色的二氧化鉛(Pb02)不可能大部或者全部轉(zhuǎn)化為硫酸鉛(PbS04)，而是失去部分的氧后，先轉(zhuǎn)變?yōu)榈S色的一氧化鉛(PbO)，二氧化鉛不能溶解于稀硫酸，即使將二氧化鉛浸在稀硫酸中數(shù)年，也不發(fā)生變化，仍是氧化能力極強(qiáng)的二氧化鉛。一氧化鉛能溶于稀硫酸轉(zhuǎn)化為硫酸鉛及水，見方程式Pb0+H2S04—PbS04+H20，因電池全放電后，電解液中的稀硫酸幾乎被消耗殆盡，已經(jīng)無硫酸再與一氧化鉛化合為硫酸鉛了，在拆解所有廢舊的鉛酸蓄電池，發(fā)現(xiàn)其正極板當(dāng)中，都是淡黃色的一氧化鉛，其中還存在數(shù)量不少的二氧化鉛，而非白色的硫酸鉛。
[0022]故方程式(2)“Pb (負(fù)極)+Pb02 (正極)+2H2S04 (電解液)一PbS04 (負(fù)極)+PbS04(正極)+2H20 (電解液)”不合實(shí)際，而方程式(3)比較正確。
[0023]方程式(3)“Pb (負(fù)極)+Pb02 (正極)+H2S04 (電解液)—PbS04 (負(fù)極)+PbO (正極)+h20 (電解液)”。
[0024]同樣的原理，所以方程式(1)也可以改寫為方程式(4) “Cu (負(fù)極)+Pb02 (正極)+H2S04 (電解液)—CuS04 (負(fù)極)+PbO (正極)+H20 (電解液)”。
[0025]方程式(4)右端電解液中仍含有少量H2S04，不可能全部被反應(yīng)為H20。
[0026]銅酸蓄電池負(fù)極的電化學(xué)變化，只是銅與硫酸銅的變換，其正極的電化學(xué)變化與鉛酸蓄電池正極的電化學(xué)變化相同。
[0027]凡能作為電池負(fù)極的金屬，必須具備的條件是:在電池不輸出電流時(shí)，該金屬不能跟電解液起反應(yīng)，或者反應(yīng)非常微弱，只有當(dāng)輸出電流時(shí)，該金屬才能跟電解液起反應(yīng)，反應(yīng)的強(qiáng)弱，卻跟電池輸出電流的強(qiáng)弱同步，反應(yīng)后所生成的金屬鹽溶液，又能在充電時(shí)被還原，只有銅及硫酸銅有此最佳條件，尤其是用硫酸銅當(dāng)電解液，它的電流效率又高達(dá)95%至100%,負(fù)極在充、放電時(shí)又不折氫(充電時(shí)，電解液中的銅離子轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘巽~在負(fù)極沉積，不產(chǎn)生氫氣泡，放電時(shí)，負(fù)極的金屬銅轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙~離子，也不產(chǎn)生氫氣泡)，無酸霧等優(yōu)點(diǎn)，所以將銅作為負(fù)極板的活性物質(zhì)，是其優(yōu)選的條件。
[0028]銅作為電池負(fù)極最可貴的性能，就是以上所述的幾點(diǎn)；電池不放電時(shí)，銅跟稀硫酸根本不起反應(yīng)，當(dāng)電池輸出電流強(qiáng)，銅跟稀硫酸的反應(yīng)也強(qiáng)，電池輸出的電流弱，其反應(yīng)也弱，而且能自動(dòng)控制反應(yīng)的強(qiáng)弱。
[0029]本電池結(jié)合硫酸銅電鍍技術(shù)，參考文獻(xiàn)，是依據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社程秀云、張振華等主編的[電鍍技術(shù)]，ISBN7-5025-4040-7。
[0030]本發(fā)明人理解，如查閱有關(guān)銅的化學(xué)性能及對(duì)電池有關(guān)的所有文獻(xiàn)，知道銅跟稀硫酸是不起反應(yīng)的，這應(yīng)該是指:銅在常溫下或者是在攝氏零度和一個(gè)大氣壓的標(biāo)準(zhǔn)狀況下而言。但是銅在某些特殊的情況下，能跟稀硫酸起反應(yīng)生成硫酸銅，也可以做蓄電池的負(fù)極活性物質(zhì)，而且性能十分優(yōu)越。上述的特殊情況是指，比如在本發(fā)明的銅酸蓄電池里，改變了銅的本性，在電池輸出電流時(shí)，銅能與稀硫酸起了反應(yīng)，因?yàn)殡娊庖褐杏姓龢O的強(qiáng)氧化劑二氧化鉛存在，二氧化鉛能將銅氧化為氧化亞銅或氧化銅，不管是被氧化為氧化亞銅或氧化銅，都能與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的銅酸蓄電池，采用以銅代替鉛作為負(fù)極活性物質(zhì)，以稀硫酸與硫酸銅的混合液為電解液，負(fù)極板在放電與充電的電化學(xué)反應(yīng)中，只是銅與硫酸銅的變換，根治了鉛酸蓄電池負(fù)極板“硫酸鉛化”的頑癥，從而大大延長(zhǎng)了電池的使用壽命。此外，銅酸蓄電池依靠原材料豐富、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、價(jià)格便宜、及使用壽命特別長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，為光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰等領(lǐng)域優(yōu)選的儲(chǔ)能蓄電池。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的正極板載流體的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的負(fù)極板載流體的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的隔板的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明的一種剖視圖；
圖6是本發(fā)明的支撐架的一種俯視圖；
圖7是實(shí)施例1中正極板的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]附圖標(biāo)記為:殼體1、支撐架2、負(fù)極板3、隔板4、正極板5、正極導(dǎo)電銅板6、電解液7、負(fù)極導(dǎo)電連接板8、框架9、豎板10、橫鉛條11、縱鉛條12、通孔13，豎向隔板15、負(fù)極導(dǎo)電銅板16。