6.2铅酸电池
    1.铅酸蓄电池的种类
    电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。铅酸蓄电池于1859年由法国科学家普兰特（G Plante）发明。1881年法国人发明的电动汽车就是以铅酸蓄电池作为动力的，铅酸蓄电池广泛用于燃油汽车的启动。铅酸蓄电池按其工作环境又可分为移动式和固定式两大类，固定式铅酸蓄电池按电池槽结构分为半密封式与密封式，半密封又有防酸式与消氢式，依据排气方式，密封式铅酸蓄电池可分为排气式和非排气式两种。
    铅酸蓄电池的特点是高容量，开路电压高，放电电压平稳，充电效率高，能够在常温下正常工作，生产技术成熟，价格便宜，规格齐全。因此，近10年来，国内外开发的称为第一代的电动汽车也广泛使用了铅酸电池。表9为在混合动力汽车上使用的铅酸蓄电池的种类及特点。

    混合动力汽车的牵引用动力铅酸蓄电池（简称动力铅酸蓄电池）性能与启动用铅酸蓄电池的要求是不同的，动力铅酸蓄电池要求有高的比能量和比功率，高的循环次数和使用寿命，以及快速充电性能等。目前，已经有很多专业公司研发了多种新型铅酸蓄电池，使得铅酸蓄电池的性能有了较大地提高。
    2.铅酸蓄电池的工作原理
    铅酸蓄电池的放电和充电的反应过程，是铅酸蓄电池中活性物质可逆进行的化学变化过程，它们可以用下列化学反应方程式表示

    铅酸蓄电池在放电过程时，化学反应由左向右进行，其相反的过程为充电过程的化学反应。充电是将外部直流电源连在蓄电池上进行充电，使电能转化成化学能储存起来。放电是电能从电池中释放出来去驱动外部设备。由于铅酸蓄电池在放电过程中，铅酸蓄电池中的H2SO4的浓度会逐渐减小，因此，可以用密度计来测定H2SO4的密度，再由铅酸蓄电池电解液密度确定铅酸蓄电池电解液放电程度。单体铅酸蓄电池的电压为2V，在使用或存放一段时间后，电池的电压可能降低到1.8V以下，或H2SO4溶液的密度下降到1.2 g/cm，时，铅酸蓄电池就必须充电，如果电压继续下降，铅酸蓄电池将会损坏。

    3.铅酸蓄电池的构造
    铅酸蓄电池最明显的特征是其顶部有6个可拧开的塑料密封盖，上面还有通气孔。这些密封盖是用来加注、检查电解液和排放气体之用。按照理论上说，铅酸蓄电池需要在每次保养时检查电解液的高度，如果有缺少需添加蒸馏水。但随着蓄电池制造技术的升级，铅酸蓄电池的维护也不再复杂。正常使用，2～3年间铅酸蓄电池都无需添加电解液或蒸馏水。
    如图60所示为普通铅酸蓄电池的构造，铅酸蓄电池的基本单元是单体电池（（batterycell）。每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成，每个单体电池的基本电压为2V，然后将不同容量的单体电池按使用要求进行组合，装置在不同的塑料外壳中，来获得不同电压和不同容量的铅酸蓄电池，铅酸蓄电池总成经过灌装电解液和充电后，就可以从铅酸蓄电池的接线柱上引出电流。铅酸蓄电池通常采用密封、无锑网隔板等技术措施，并在普通铅酸蓄电池的电解液中加入硅酸胶（Na2SiO3）之类的凝聚剂，使电解质成为胶状物，形成一种“胶体”电解质，采用“胶体”电解质的铅酸蓄电池，使用起来更加方便，硅酸胶（Na2SiO3）与硫酸的反应如下。

    H2SO4+Na2SiO3→H2SO3+Na2SiO4
    如图61所示为安装了排气阀的铅酸蓄电池的构造，该电池的特点是带有催化剂，可以使充电时产生的氢气和氧气反应生成水流回电池，因而可以防止充电时产生的氢气和氧气逸散，控制水的消耗。

    6.3镍-镉电池
    镍-福电池（Ni-Cd、Nickel-Cadmium Batteries、Ni-Cd Rechargeable Battery）是最早应用于手机等设备的电池种类，它具有良好的大电流放电特性、耐过充放电能力强，维护简单。镍-镉电池是一种碱性电池，是混合动力汽车的首选电池之一。镍-福电池的比能量可达到55W·h/kg，比功率可超过225 W/kg。极板强度高，工作电压平稳，能够带电充电，并可以快速充电。镍-福电池过充电和过放电性能好，有高倍率的放电特性，瞬时脉冲放电率很大，深度放电性能也好。循环使用寿命长，可达到2000次或7年以上，是铅酸电池的2倍，采用全封闭外壳，可以在真空环境中正常工作，低温性能较好，能够长时间存放。
    1．镍-镉电池的工作原理
    镍-镉电池是以轻基氢氧化镍为正极，金属福为负极，位于负极的镉（Cd）和氢氧化钠（NaOH）中的氢氧根离子（OH-）化合成氢氧化福，并附着在阳极上，同时也放出电子。电子沿着电线至阴极，和阴极的二氧化镍与氢氧化钠溶液中的水反应形成氢氧化镍和氢氧根离子，氢氧化镍会附着在阳极上，氢氧根离子则又回到氢氧化钠溶液中，故氢氧化钠溶液浓度不会随着时间而下降。为了提高寿命和改善高温性能，通常在电解液中加入氧化锂。镍-镉电池的化学反应如下。

    2．镍-镉电池的构造
    如图62所示为镍-镉电池构造，镍-镉电池的每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成。将单体电池按不同的组合装置在不同塑料外壳中，可得到所需要的不同电压和不同容量的镍-镉电池总成，市场上有多种不同型号规格的镍-镉电池总成可供选择。在灌装电解液并经过充电后，就可以从电池的接线柱上引出电流。

    3．镍-镉电池的特点
    镍-镉电池的工作电压较低，单体电池的标称电压为12V，比能量为55 W·h/kg，比功率可以超过225 W/kg，循环使用寿命2000次以上。可以进行快速充电，充电15 min可恢复50％的容量，充电1h可恢复100％的容量，但一般情况下完全充电需要6h，深放电达100%、自放电率低于0.5%／天，可以在40～80℃的环境温度条件下正常工作，快速充电能力，充电18 min即可从40％达到80％容量。
    镍-镉电池最致命的缺点是，在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的记忆效应，使用寿命会大大缩短。镍一福电池的成本约为铅酸电池的4～5倍，初始购置费用较高，但镍－镉电池的比能量和循环使用寿命都大大地高于铅酸电池，因此，在电动汽车实际使用时，总的费用不会超过铅酸电池的费用，由于镍-镉电池使用性能比铅酸电池好，在混合动力汽车上得到广泛使用。克莱斯勒公司的面包车，标致106型混合动力汽车、雪铁龙TX-EV以及日本本田汽车公司、日产汽车公司等生产的混合动力汽车上都采用了镍-镉电池。但是，由于镍－镉电池中采用的镉（Cd）是一种有害的重金属，因而镍-镉电池不利于生态环境的保护，在电池报废后必须进行有效回收，众多的缺点使镍-镉电池已经基本被淘汰。

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