鉛酸電池

概念定義

鉛酸電池，又叫「水電」，係一種以鉛、二氧化鉛同硫酸溶液進行可逆化學反應嘅充電池。法國物理學家加斯東皮迪（Gaston Planté）喺1859年發明鉛酸電池，佢亦係歷史上第一種可以充電再用嘅電池。

鉛酸電池同現代充電池相比，能量密度較低，但能夠提供較強嘅瞬間電流，而且製造成本較低，因此適合用作汽車啟動電池。傳統水電充電速度較慢，充電時間較長，通常約有五百次充電循環。

鉛酸電池嘅正極活性物質係二氧化鉛（PbO₂），負極活性物質係鉛（Pb），電解液係硫酸（H₂SO₄）水溶液。放電期間，負極鉛同硫酸根反應生成硫酸鉛並釋放電子；正極二氧化鉛接收電子，同氫離子及硫酸根反應，生成硫酸鉛同水。整體放電反應可表示為：PbO₂＋Pb＋2H₂SO₄ → 2PbSO₄＋2H₂O。

叉電時，外部電源推動反應逆向進行，兩極形成嘅硫酸鉛會分別轉化返二氧化鉛同鉛，並重新生成硫酸。可逆總反應係：PbO₂＋Pb＋2H₂SO₄ ⇌ 2PbSO₄＋2H₂O。電池正係透過呢個反應循環，喺化學能同電能之間轉換。

鉛酸電池主要由正極板、負極板、硫酸電解液、隔板同外殼構成。部分結構以鉛—銻—鈣合金柵板承載兩極活性物質；採用AGM設計嘅產品則使用多微孔隔板保持電解液，將電解液限制喺隔板內。

傳統開放式鉛酸電池嘅電池蓋設有疏氣孔，使用一段時間後需要補充蒸餾水，以補回電解液流失嘅水分。補水唔適合使用水喉水，因為當中嘅化學物質同礦物質可能影響電解液平衡、電池性能同壽命。密封式鉛酸電池採用封閉設計，水分唔容易流失，正常使用時毋須加水。

一個單格鉛酸電池嘅標稱電壓係2.0V，可放電至1.5V，充電電壓可達2.4V。實際應用通常將多個單格串聯，例如六個單格組成標稱12V電池，亦可組成24V、36V或48V電池組。

新型鉛酸電池可加入碳納米添加劑，藉此提高活性物質利用率，令電池喺相同體積下取得更高容量密度。呢種高密度納米技術係針對傳統鉛酸電池能量密度較低嘅特點作出改良，同時保留鉛酸體系原有嘅充放電反應方式。

汽車啟動係鉛酸電池嘅主要應用場景之一。啟動引擎需要電池喺短時間內輸出較大電流，而鉛酸電池具備較強瞬間供電能力，加上製造成本較低，因而適合負責汽車啟動供電。除12V汽車電池外，多個單格串聯而成嘅24V、36V同48V電池組，亦可配合唔同電壓需求使用。