铅酸YUCEL蓄电池原理
自从公元1860年法国人蒲朗第(Gaston Plante)发明铅酸蓄电池以来，已经具有一百多年的历史，成为世界上不可或缺的电能之一，目前主要分为密封型与非密封型两种，最重要的差别在于使用时所产生的气体是否会散逸到外界，因此非密封型电池需要补充电解液。在本文中，将选用YUCEL BATTERY CO., LTD.所推出的GP1272 密封型铅酸电池作为实验之用，供电12V、容量7.2Ah。这类型的电池使用超声波特殊密封，在使用时不受方向、位置所限制，在安全的使用环境下，免保养、免加水、可重复循环使用，不管是应用在循环使用或是浮充使用的环境，都具有自行放电率低、回充速度快、高效率放电性能等优异特性。本文将针对铅酸蓄电池进行介绍。
图1 YUCEL 电池产品图1， 铅酸电池的组成结构电池是一种将电能以化学能储存的装置，必须具备体积小、可携带，耐震、耐冲击以及寿命长、高能量密度等特性，因此在许多的领域受到普遍的应用，尤其是铅酸蓄电池更是累积了相当多的技术，构成铅酸电池的四个主要部分为电极板(阳极板与阴极板)、电解液、隔离板、与外部的电槽，下面分别描述各部分的主要材质与功能：(1)电极电池中最为重要的材料就是极板，构成极板的原料为铅粉，亦是可变化成正、负极活性物质的材料，较为代表性的铅粉制造机最早由日本电池公司创设人发明，将铅块表面的氧化物去除，收集充分磨细之铅粉。铅粉中的主要成分为一氧化铅，其百分比含量将会是影响电池性能的重要指针。在极板中所使用的蕊条，形状如格子般的板栅，主要材质为铅锑(Pb-Sb)系与铅钙( Pb-Ca )系合金，用以附着活性物质，具有充作集电体的作用。锑(Sb)的加入可以改善正极与活性物质间的接和，有助于耐蚀性之提升、延长寿命，缺点在于锑若溶解于电解液中成为 SbO-3离子，而在负极板上产生Sb，将会产生氢气造成自放电。Pb-Ca系合金之结晶组织则因添加适当的钙后，促使铅结晶细小、提升硬度，而且不会产生自放电，目前普遍使用于小型密封型铅酸电池。极板的制造上则有两种方式，第一种方式是涂浆式极板，将稀硫酸与添加材料，添加于铅粉调制成膏状，并均匀涂覆在格子状极板上，进行金属铅之氧化、干燥，造成活性物质之结晶成长，最后置于稀硫酸电解液中进行氧化，这种方式形成的极板，通常采用在铅酸电池的阴极板上。第二种方式则是包层式极板，将直径9μm之微细玻璃长纤维当作纺织丝，将其编成圆筒型之管子，与配置在管子中心的铝合金蕊条间，填充铅粉，接着浸渍于稀硫酸中，使铅粉一部分变成硫酸铅后，置于空中干燥，这种方式所形成的极板具有良好的弹性，是铅酸电池中阳极板最佳的选择。因此在电池充放电时，两极的活化物质会随着化学变化而反复膨胀与收缩，电极必须根据电池的容量，选择适当的规格与数量。但是在两极活性物质中，阴极板的海绵状铅的结合力较强，阳极板的过氧化铅结合力弱，使得在长期使用之后，会不断脱落，这就是铅酸电池寿命受到限制的主要原因，因此若要设法延长铅酸电池的使用期限，从阳极板的改良下手是当务之急。(2)电解液电解液中的硫酸，是参与电动反应的活性物质，除了导电用之外，也参与电极的反应，经放电而消耗，充电即可生成。若是电池中电解液比重较高时，会因为能量密度的关系可以提供较佳的电力特性，但却有可能加速极板的腐蚀与劣化，若是要延长电池的使用寿命与可靠性，则在比重上必须有所限制。另外，在电解液中还有很重要的一环就是杂质含量，杂质含量的增加也会加速极板的腐蚀与劣化，减少电池使用的性能与寿命。不过，却有些杂质被适当的添加，是为了要避免电解液处于过放电时，发生格离板被贯穿，而造成短路的情况。(3)隔离板所谓隔离板，就是放置于两极之间，除了作为隔离电极的装置，还必须防止正、负极间之短路。实际安装时，正、负两极板的距离相当靠近，在中间插入以绝缘物质制造的多孔性格离板，防止两极板接触。因此隔离板必须具备良好的离子导电性，也就是低电组的特性，还有优异的耐酸性以及抗氧化性，且不得溶出杂质；防止活性物质的脱落，造成短路。(4)电槽在电池外部的电解槽与槽盖，均采用热可塑性塑料，以加压射出成型为主，必须具有耐电压、耐冲击性、耐热性以及耐酸性等特性。至于电解槽及其槽盖的接合，必须做到完全密封的状态，除了以往常见的接合剂与热熔接法外，还有采用超音波特殊封装，具有相当良好的安全性。2，铅酸电池的基本原理铅酸电池的正极为多孔性的二氧化铅，负极为海绵状的铅，极板上面的活性物质与电解液中的硫酸产生化学变化而放出电子，每一单位(Cell)至少可提供2.04 伏特(V)的电压，下面列出电化学反应：
寿命特性
所有铅酸电池，经过长时间的使用后，都会有寿命减短的情况发生，除了两极板会发生变化，杂质的累积也会造成性能的衰减，要如
何延长一颗电池的寿命，电池的使用方式是相当重要的，通常对一颗铅酸电池来说，会有两种不同的使用方式，一种是浮充使用，另一种
是循环使用。
在循环使用的模式下，放电深度(Depth of Discharge)扮演相当重要的脚色，放电深度是针对额定容量之放电电量比率，通常这种模式
是操作在电动车辆与独立
电源
上，使用者往往会将电池的电量消耗至一定比例才又充电，如图2所示，此时电池的寿命会因为放电深度
的不同，而具有不同的使用寿命及性能。
1、电池电压：
a、开路电压：电池在开路状态下的端电压。
b、工作电压：电池接通负荷后在放电过程中显示的电压。工作电压与放电条件有关，放电电流越大，工作电压越低;温度越低，工作电压越低。
2、电池的容量：
a、电池的理论容量：活性物质按法拉第定律计算而得的最高理论值。
b、电池的实际容量：电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积。单位:AH。
c、电池的额定容量：按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定条件下的最低限度的容量。
正常情况下，三者的关系是：理论容量〉实际容量〉额定容量.
3、电池的内阻：
电流通过电池的内部时受到阻力，使电池的电压降低。电池的阻不是常数，因为活性物质的组成、电解液温度和浓度都在不断的变化。内阻可分为欧姆内阻和极化阻，欧姆内阻符合欧姆定律;极化电阻随着放电流的增大而增大，但不是直线关系而是对数关系。
4、正极活性物质：
正极活性物质有α-PbO2和β-PbO2两种晶型。β-PbO2具有较高的活性及利用率。α-PbO2具有较好的机械强度和较大的尺寸。当α-PbO2/β-PbO2为0.8时，电池具有最好的深放电能力。
放电一般有两个目的，一是测试电池容量，二是给电池作激活。
电池测试容量时，一般是充好电后，按标称的参数放电，来测试电池是否满容量。测试电池容量时，发现电池容量不足，或在充电时发现电充不进去，而造成的原因是极板被硫化的，则需要通过激活极板，来恢复电池容量。给长时间没有使用也没有维护而无法充电的电池做激活时，因极板硫化，小电流无法激活极板，需要先深度放电，加大电池电压和充电电压的电压差，再用大电流冲击，以激活极板，这种深放电不需要按标称放电，可用大电流短时间放电，注意不要过放电。
图1 YUCEL 电池产品图1， 铅酸电池的组成结构电池是一种将电能以化学能储存的装置，必须具备体积小、可携带，耐震、耐冲击以及寿命长、高能量密度等特性，因此在许多的领域受到普遍的应用，尤其是铅酸蓄电池更是累积了相当多的技术，构成铅酸电池的四个主要部分为电极板(阳极板与阴极板)、电解液、隔离板、与外部的电槽，下面分别描述各部分的主要材质与功能：(1)电极电池中最为重要的材料就是极板，构成极板的原料为铅粉，亦是可变化成正、负极活性物质的材料，较为代表性的铅粉制造机最早由日本电池公司创设人发明，将铅块表面的氧化物去除，收集充分磨细之铅粉。铅粉中的主要成分为一氧化铅，其百分比含量将会是影响电池性能的重要指针。在极板中所使用的蕊条，形状如格子般的板栅，主要材质为铅锑(Pb-Sb)系与铅钙( Pb-Ca )系合金，用以附着活性物质，具有充作集电体的作用。锑(Sb)的加入可以改善正极与活性物质间的接和，有助于耐蚀性之提升、延长寿命，缺点在于锑若溶解于电解液中成为 SbO-3离子，而在负极板上产生Sb，将会产生氢气造成自放电。Pb-Ca系合金之结晶组织则因添加适当的钙后，促使铅结晶细小、提升硬度，而且不会产生自放电，目前普遍使用于小型密封型铅酸电池。极板的制造上则有两种方式，第一种方式是涂浆式极板，将稀硫酸与添加材料，添加于铅粉调制成膏状，并均匀涂覆在格子状极板上，进行金属铅之氧化、干燥，造成活性物质之结晶成长，最后置于稀硫酸电解液中进行氧化，这种方式形成的极板，通常采用在铅酸电池的阴极板上。第二种方式则是包层式极板，将直径9μm之微细玻璃长纤维当作纺织丝，将其编成圆筒型之管子，与配置在管子中心的铝合金蕊条间，填充铅粉，接着浸渍于稀硫酸中，使铅粉一部分变成硫酸铅后，置于空中干燥，这种方式所形成的极板具有良好的弹性，是铅酸电池中阳极板最佳的选择。因此在电池充放电时，两极的活化物质会随着化学变化而反复膨胀与收缩，电极必须根据电池的容量，选择适当的规格与数量。但是在两极活性物质中，阴极板的海绵状铅的结合力较强，阳极板的过氧化铅结合力弱，使得在长期使用之后，会不断脱落，这就是铅酸电池寿命受到限制的主要原因，因此若要设法延长铅酸电池的使用期限，从阳极板的改良下手是当务之急。(2)电解液电解液中的硫酸，是参与电动反应的活性物质，除了导电用之外，也参与电极的反应，经放电而消耗，充电即可生成。若是电池中电解液比重较高时，会因为能量密度的关系可以提供较佳的电力特性，但却有可能加速极板的腐蚀与劣化，若是要延长电池的使用寿命与可靠性，则在比重上必须有所限制。另外，在电解液中还有很重要的一环就是杂质含量，杂质含量的增加也会加速极板的腐蚀与劣化，减少电池使用的性能与寿命。不过，却有些杂质被适当的添加，是为了要避免电解液处于过放电时，发生格离板被贯穿，而造成短路的情况。(3)隔离板所谓隔离板，就是放置于两极之间，除了作为隔离电极的装置，还必须防止正、负极间之短路。实际安装时，正、负两极板的距离相当靠近，在中间插入以绝缘物质制造的多孔性格离板，防止两极板接触。因此隔离板必须具备良好的离子导电性，也就是低电组的特性，还有优异的耐酸性以及抗氧化性，且不得溶出杂质；防止活性物质的脱落，造成短路。(4)电槽在电池外部的电解槽与槽盖，均采用热可塑性塑料，以加压射出成型为主，必须具有耐电压、耐冲击性、耐热性以及耐酸性等特性。至于电解槽及其槽盖的接合，必须做到完全密封的状态，除了以往常见的接合剂与热熔接法外，还有采用超音波特殊封装，具有相当良好的安全性。2，铅酸电池的基本原理铅酸电池的正极为多孔性的二氧化铅，负极为海绵状的铅，极板上面的活性物质与电解液中的硫酸产生化学变化而放出电子，每一单位(Cell)至少可提供2.04 伏特(V)的电压，下面列出电化学反应：
寿命特性
所有铅酸电池，经过长时间的使用后，都会有寿命减短的情况发生，除了两极板会发生变化，杂质的累积也会造成性能的衰减，要如
何延长一颗电池的寿命，电池的使用方式是相当重要的，通常对一颗铅酸电池来说，会有两种不同的使用方式，一种是浮充使用，另一种
是循环使用。
在循环使用的模式下，放电深度(Depth of Discharge)扮演相当重要的脚色，放电深度是针对额定容量之放电电量比率，通常这种模式
是操作在电动车辆与独立
电源
上，使用者往往会将电池的电量消耗至一定比例才又充电，如图2所示，此时电池的寿命会因为放电深度
的不同，而具有不同的使用寿命及性能。
1、电池电压：
a、开路电压：电池在开路状态下的端电压。
b、工作电压：电池接通负荷后在放电过程中显示的电压。工作电压与放电条件有关，放电电流越大，工作电压越低;温度越低，工作电压越低。
2、电池的容量：
a、电池的理论容量：活性物质按法拉第定律计算而得的最高理论值。
b、电池的实际容量：电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积。单位:AH。
c、电池的额定容量：按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定条件下的最低限度的容量。
正常情况下，三者的关系是：理论容量〉实际容量〉额定容量.
3、电池的内阻：
电流通过电池的内部时受到阻力，使电池的电压降低。电池的阻不是常数，因为活性物质的组成、电解液温度和浓度都在不断的变化。内阻可分为欧姆内阻和极化阻，欧姆内阻符合欧姆定律;极化电阻随着放电流的增大而增大，但不是直线关系而是对数关系。
4、正极活性物质：
正极活性物质有α-PbO2和β-PbO2两种晶型。β-PbO2具有较高的活性及利用率。α-PbO2具有较好的机械强度和较大的尺寸。当α-PbO2/β-PbO2为0.8时，电池具有最好的深放电能力。
放电一般有两个目的，一是测试电池容量，二是给电池作激活。
电池测试容量时，一般是充好电后，按标称的参数放电，来测试电池是否满容量。测试电池容量时，发现电池容量不足，或在充电时发现电充不进去，而造成的原因是极板被硫化的，则需要通过激活极板，来恢复电池容量。给长时间没有使用也没有维护而无法充电的电池做激活时，因极板硫化，小电流无法激活极板，需要先深度放电，加大电池电压和充电电压的电压差，再用大电流冲击，以激活极板，这种深放电不需要按标称放电，可用大电流短时间放电，注意不要过放电。