畢業(yè)論文--廢舊蓄電池的再生利用

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　概述了各類汽車蓄電池的工作原理及發(fā)展現(xiàn)以及廢舊蓄電池對人類環(huán)境的危害，通過與美日等發(fā)達國家鉛蓄電池產(chǎn)業(yè)的對比分析了我國鉛蓄電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的主要問題展望和分析了國內(nèi)鉛蓄電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景和趨勢,國內(nèi)外處理廢舊蓄電池的方式，以及國內(nèi)外一些蓄電池的新技術(shù)，如：環(huán)境友好型蓄電池、燃料電池。以及對未來蓄電池做一些展望。</p&g

2、t;<p>　　關(guān)鍵詞：汽車蓄電池;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢;回收利用；環(huán)境友好型蓄電池；燃料電池；未來蓄電池</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　An overview of all types of car batteries and the working principle of the development and

3、 the waste batteries on the human environment, with the developed countries such as Japan lead storage battery industry comparative analysis of accumulator of our country lead industry development existing problems analy

4、sis and forecast of domestic battery industry development prospect and trend at home and abroad, treatment of waste battery way at home and abroad, as well as some battery new technology, su</p><p>　　Key wor

5、ds : car battery; present situation; development trend; treatment and recovery environmental friendly battery; fuel cell; future battery翻譯結(jié)果重試</p><p>　　抱歉，系統(tǒng)響應(yīng)超時，請稍后再試</p><p>　　支持中英、中日在線互譯 </

6、p><p>　　支持網(wǎng)頁翻譯，在輸入框輸入網(wǎng)頁地址即可 </p><p>　　提供一鍵清空、復(fù)制功能、支持雙語對照查看，使您體驗更加流暢</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章概述1</b></p><p><b>　　1.1課題

7、來源1</b></p><p>　　1.2汽車蓄電池的現(xiàn)狀1</p><p>　　第二章汽車蓄電池的工作原理2</p><p>　　2.1鉛酸蓄電池的工作原理2</p><p>　　2.1.1、鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生2</p><p>　　2.1.2、鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng)2</p&

8、gt;<p>　　2.1.3、鉛酸蓄電池充電過程的電化反應(yīng)3</p><p>　　2.1.4、鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化3</p><p>　　2.2鎳鎘蓄電池的工作原理3</p><p>　　2.2.1.放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)4</p><p>　　2.2.2.充電過程中的化學(xué)反應(yīng)5</p><

9、;p>　　2.2.3.端電壓6</p><p>　　2.2.4.容量和影響容量的主要因素6</p><p>　　2.2.5.內(nèi)阻7</p><p>　　2.2.6.效率與壽命8</p><p>　　2.2.7.記憶效應(yīng)8</p><p>　　第三章廢舊汽車蓄電池對社會和環(huán)境的影響9</p>

10、<p>　　3.1廢舊蓄電池對環(huán)境的影響9</p><p>　　3.2常用蓄電池中的各種有害成份9</p><p>　　3.3蓄電池對人類身體的影響9</p><p>　　第四章現(xiàn)代新技術(shù)在汽車廢舊汽車蓄電池的研究與應(yīng)用11</p><p>　　4.1汽車蓄電池的現(xiàn)狀與前景11</p><p>

11、　　4.2燃料電池14</p><p>　　4.3環(huán)境友好型汽車用鉛蓄電池技術(shù)的現(xiàn)狀18</p><p>　　4.3.1混合電動汽車用VRLA電池19</p><p>　　4.3.2怠速停行車用高性能VpLA電池19</p><p>　　4.3.3汽車用卷繞高性能鉛蓄電池19</p><p>　　第五章汽車廢

12、舊蓄電池再生技術(shù)研究的展望20</p><p>　　5.1國際廢舊蓄電池的處理方式20</p><p>　　5.1．1固化深埋、存放于廢礦井21</p><p>　　5.1．2回收利用21</p><p>　　5.2未來的汽車用鉛酸蓄電池21</p><p>　　5.2.1汽車蓄電池的功能和處境21<

13、/p><p>　　5.2.2對蓄電池的要求22</p><p>　　5.2.3蓄電池技術(shù)23</p><p>　　5.2.4富液式鉛酸蓄電池24</p><p>　　5.2.5閥控式鉛酸蓄電池24</p><p>　　5.2.6先進的蓄電池25</p><p>　　5.2.7超級電容器和超

14、級電池26</p><p>　　第六章總結(jié)與展望28</p><p><b>　　致謝29</b></p><p><b>　　參考文獻:30</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.

15、1課題來源</b></p><p>　　本課題是根據(jù)學(xué)院老師結(jié)合當今汽車工業(yè)發(fā)展趨勢?？紤]到汽車蓄電池在汽車中占據(jù)重要部分，但又由于汽車蓄電池在使用后會變成環(huán)境的重要污染者，而導(dǎo)致環(huán)境破壞。故而基于這一想法出發(fā)，提出“廢舊蓄電池再生研究”這一論文，并根據(jù)這些提出設(shè)計方案以及對其進行分析。</p><p>　　1.2汽車蓄電池的現(xiàn)狀</p><p>　　鉛

16、蓄電池是一種傳統(tǒng)的電池產(chǎn)品，自發(fā)明至今已有多年的歷史，但該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍方興未艾。</p><p>　　鉛蓄電池目前仍是化學(xué)電池中市場份額最大、使用范圍最廣的電池，銷售額居二次電池之首，特別在起動和大型儲能等應(yīng)用領(lǐng)域較長時期內(nèi)尚難以被其他新型電池替代。鉛蓄電池具有技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、安全、成本低、資源再生回收率高等比較優(yōu)勢，但和鋰離子電池相比能量密度較低循環(huán)壽命偏短，主要原材料鉛是一類有毒物質(zhì)，電池生產(chǎn)和再生鉛加工

17、過程中存在鉛污染風險，管理不善可能會對環(huán)境造成危害?？茖W(xué)技術(shù)進步和管理水平提高將促進鉛蓄電池生產(chǎn)和再生鉛過程的鉛污染實現(xiàn)可控、可治，污染風險減小。</p><p>　　隨著新技術(shù)的突破和新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，鉛蓄電池將進入新技術(shù)時代，其比能量和比功率將大幅度提高循環(huán)壽命延長，未來較長時期內(nèi)鉛蓄電池仍將在起動儲能動力等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。</p><p>　　第二章 汽車蓄電池的工作原理&l

18、t;/p><p>　　2.1鉛酸蓄電池的工作原理</p><p>　　2.1.1、鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生</p><p>　　鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)--氫氧化鉛（Pb(OH)4），氫氧根離子在溶液中，鉛離子（Pb4）留在正極板上，故正極板上缺少電子。鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（

19、Pb），與電解液中的硫酸（H2SO4）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（Pb2），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負極板上留下多余的兩個電子（2e）。 可見，在未接通外電路時（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負極板上多余電子，如右圖所示，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。</p><p>　　2.1.2、鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng)</p><p>　　鉛酸蓄電池放電時，在蓄電

20、池的電位差作用下，負極板上的電子經(jīng)負載進入正極板形成電流I。同時在電池內(nèi)部進行化學(xué)反應(yīng)。負極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（Pb2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板的鉛離子（Pb4）得到來自負極的兩個電子（2e）后，變成二價鉛離子（Pb2），，與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板水解出的氧離子（O-2）與電解液中的氫離

21、子（H）反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水。電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負極，在電池內(nèi)部形成電流，整個回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。放電時H2SO4濃度不斷下降，正負極上的硫酸鉛（PbSO4）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)電），電解液濃度下降，電池電動勢降低。</p><p>　　2.1.3、鉛酸蓄電池充電過程的電化反應(yīng) 充電時，應(yīng)在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負極板在放

22、電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來。在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb2）和硫酸根負離子（SO4-2），由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子（Pb2）不斷放出兩個電子來補充，變成四價鉛離子（Pb4），并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧化鉛（PbO2）。在負極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb2）和硫酸根負離（SO4-2）由于

23、負極不斷從外電源獲得電子，則負極板附近游離的二價鉛離子（Pb2）被中和為鉛（Pb），并以絨狀鉛附著在負極板上。電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子（H）和硫酸根離子（SO4-2），負極不斷產(chǎn)生硫酸根離子（SO4-2），在電場的作用下，氫離子向負極移動，硫酸根離子向正極移動，形成電流。充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會發(fā)生水的電解反應(yīng)。</p><p>　　2.1.4、鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化 從上

24、面可以看出，鉛酸蓄電池放電時，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降。從上面可以看出，鉛酸蓄電池充電時，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。實際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度。</p><p>　　2.2鎳鎘蓄電池的工作原理</p><p>　　鎳鎘蓄電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物，負極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為

25、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。當環(huán)境溫度較高時，使用密度為1.17～1.19（15℃時）的氫氧化鈉溶液。當環(huán)境溫度較低時，使用密度為1.19～1.21（15℃時）的氫氧化鉀溶液。在-15℃以下時，使用密度為1.25--1.27（15℃時）的氫氧化鉀溶液。為兼顧低溫性能和荷電保持能力，密封鎳鎘蓄電池采用密度為1.40（15℃時）的氫氧化鉀溶液。為了增加蓄電池的容量和循環(huán)壽命，通常在電解液中加入少量的氫氧化鋰（大約每升電解液加15--20g）。&

26、lt;/p><p>　　鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸嚒睳iOOH〕，負極板上的活性物質(zhì)變?yōu)榻饘冁k；鎳鎘電池放電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸瘉嗘?，負極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。</p><p>　　2.2.1.放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)</p><p><b>　?。?）負極反應(yīng)</b></p><p>

27、　　負極上的鎘失去兩個電子后變成二價鎘離子Cd2+，然后立即與溶液中的兩個氫氧根離子OH-結(jié)合生成氫氧化鎘Cd(OH)2，沉積到負極板上。</p><p><b>　　（2）正極反應(yīng)</b></p><p>　　正極板上的活性物質(zhì)是氫氧化鎳（NiOOH）晶體。鎳為正三價離子（Ni3+），晶格中每兩個鎳離子可從外電路獲得負極轉(zhuǎn)移出的兩個電子，生成兩個二價離子2Ni2+。

28、與此同時，溶液中每兩個水分子電離出的兩個氫離子進入正極板，與晶格上的兩個氧負離子結(jié)合，生成兩個氫氧根離子，然后與晶格上原有的兩個氫氧根離子一起，與兩個二價鎳離子生成兩個氫氧化亞鎳晶體。</p><p>　　2.2.2.充電過程中的化學(xué)反應(yīng)</p><p>　　充電時，將蓄電池的正、負極分別與充電機的正極和負極相連，電池內(nèi)部發(fā)生與放電時完全相反的電化學(xué)反應(yīng)，即負極發(fā)生還原反應(yīng)，正極發(fā)生氧化反

29、應(yīng)。</p><p><b>　　（1）負極反應(yīng)</b></p><p>　　充電時負極板上的氫氧化鎘，先電離成鎘離子和氫氧根離子，然后鎘離子從外電路獲得電子，生成鎘原子附著在極板上，而氫氧根離子進入溶液參與。</p><p><b>　　(2)正極反應(yīng)</b></p><p>　　在外電源的作用下

30、，正極板上的氫氧化亞鎳晶格中，兩個二價鎳離子各失去一個電子生成三價鎳離子，同時，晶格中兩個氫氧根離子各釋放出一個氫離子，將氧負離子留在晶格上，釋出的氫離子與溶液中的氫氧根離子結(jié)合，生成水分子。然后，兩個三價鎳離子與兩個氧負離子和剩下的二個氫氧根離子結(jié)合，生成兩個氫氧化鎳晶體：</p><p>　　即得鎳鎘蓄電池充電時的電化學(xué)反應(yīng)：</p><p>　　蓄電池充電終了時，充電電流將使電池內(nèi)發(fā)

31、生分解水的反應(yīng)，在正、負極板上將分別有大量氧氣和氫氣析出。氫摒化鈉或氫氧化鉀并不直接參與反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用。從電池反應(yīng)來看，充電過程中生成水分子，放電過程中消耗水分子，因此充、放電過程中電解液濃度變化很小，不能用密度計檢測充放電程度。</p><p><b>　　2.2.3.端電壓</b></p><p>　　充足電后，立即斷開充電電路，鎳鎘蓄電池的電動勢可達1.5V

32、左右，但很快就下降到1.31-1.36V。</p><p>　　鎳鎘蓄電池的端電壓隨充放電過程而變化，可用下式表示：</p><p>　　U充=E充+I充R內(nèi)</p><p>　　U放=E放-I放R內(nèi)</p><p>　　從上式可以看出，充電時，電池的端電壓比放電時高，而且充電電流越大，端電壓越高；放電電流越大，端電壓越低。</p>

33、;<p>　　當鎳鎘蓄電池以標準放電電流放電時，平均工作電壓為1.2V。采用8h率放電時，蓄電池的端電壓下降到1.1V后，電池即放完電。</p><p>　　2.2.4.容量和影響容量的主要因素</p><p>　　蓄電池充足電后，在一定放電條件下，放至規(guī)定的終止電壓時，電池放出的總?cè)萘糠Q為電池的額定容量，容量Q用放電電流與放電時間的乘積來表示。</p><

34、;p><b>　　表示式如下：</b></p><p><b>　　Q=I·t(Ah)</b></p><p>　　鎳鎘蓄電池容量與下列因素有關(guān)：</p><p><b>　　①活性物質(zhì)的數(shù)量；</b></p><p><b>　?、诜烹娐?；</

35、b></p><p><b>　　③電解液。</b></p><p>　　放電電流直接影響放電終止電壓。在規(guī)定的放電終止電壓下，放電電流越大，蓄電池的容量越小。</p><p>　　使用不同成分的電解液，對蓄電池的容量和壽命有一定的影響。通常，在高溫環(huán)境下，為了提高電池容量，常在電解液中添加少量氫氧化鋰，組成混合溶液。實驗證明：每升電解液

36、中加入15~20g含水氫氧化鋰，在常溫下，容量可提高4%~5%，在40℃時，容量可提高20%。然而，電解液中鋰離子的含量過多，不僅使電解液的電阻增大，還會使殘留在正極板上的鋰離子（Li+）慢慢滲入晶格內(nèi)部，對正極的化學(xué)變化產(chǎn)生有害影響。</p><p>　　電解液的溫度對蓄電池的容量影響較大。這是因為隨著電解液溫度升高，極板活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)也逐步改善。</p><p>　　電解液中的有害

37、雜質(zhì)越多，蓄電池的容量越小。主要的有害雜質(zhì)是碳酸鹽和硫酸鹽。它們能使電解液的電阻增大，并且低溫時容易結(jié)晶，堵塞極板微孔，使蓄電池容量顯著下降。此外，碳酸根離子還能與負極板作用，生成碳酸鎘附著在負極板表面上，從而引起導(dǎo)電不良，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量下降。</p><p><b>　　2.2.5.內(nèi)阻</b></p><p>　　鎳鎘蓄電池的內(nèi)阻與電解液的導(dǎo)電率、極板結(jié)構(gòu)

38、及其面積有關(guān)，而電解液的導(dǎo)電率又與密度和溫度有關(guān)。電池的內(nèi)阻主要由電解液的電阻決定。氫氧化鉀和氫氧化鈉溶液的電阻系數(shù)隨密度而變。18℃時氫氧化鉀溶液和氫氧化鈉溶液的電阻系數(shù)最小。</p><p>　　通常鎳鎘蓄電池的內(nèi)阻可用下式計算：</p><p>　　2.2.6.效率與壽命</p><p>　　在正常使用的條件下，鎳鎘電池的容量效率ηAh為67%-75%，電能效

39、率ηWh為55%~65%，循環(huán)壽命約為2000次。容量效率ηAh和電能效率ηWh計算公式</p><p><b>　　如下：</b></p><p>　?。║充和U放應(yīng)取平均電壓）</p><p>　　2.2.7.記憶效應(yīng)</p><p>　　鎳鎘電池使用過程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時，就不能放出全

40、部電量。比如，鎳鎘電池只放出80%的電量后就開始充電，充足電后，該電池也只能放出80%的電量，這種現(xiàn)象稱為記憶效應(yīng)。電池全部放完電后，極板上的結(jié)晶體很小。電池部分放電后，氫氧化亞鎳沒有完全變?yōu)闅溲趸?，剩余的氫氧化亞鎳將結(jié)合在一起，形成較大的結(jié)晶體。結(jié)晶體變大是鎳鎘電池產(chǎn)生記憶效應(yīng)的主要原因。</p><p>　　第三章 廢舊汽車蓄電池對社會和環(huán)境的影響</p><p>　　3.1廢舊蓄

41、電池對環(huán)境的影響</p><p>　　隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,琳瑯滿目的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的身邊.在人類享受現(xiàn)代物質(zhì)文明的同時,我們不應(yīng)該忽視其對環(huán)境產(chǎn)生的負面影響.據(jù)資料摘一粒紐扣大的電池放在水里,會污染60萬升的水.這是一個人一生飲用水的總量.放入土壤里,會使1平方米的土地失去使用價值.而一個大塊頭的蓄電池被隨意遺棄將會產(chǎn)生怎樣的污染則不言而喻.隨著我國電器產(chǎn)品的增多,蓄電池的報廢量正在逐年增加,但統(tǒng)計數(shù)

42、據(jù)表明,我國廢舊電池的平均回收率僅為2%.雖然在干電池方面在我國政策引導(dǎo)下,逐漸生產(chǎn)堿性電池,逐步實現(xiàn)無汞化,對土壤不會造成污染和危害,不需要特別回收,可以同普通生活垃圾一起處理.而對廢舊手機電池和廢舊電動自行車蓄電池的處理還處于一個盲區(qū).。</p><p>　　3.2常用蓄電池中的各種有害成份</p><p>　　常用的蓄電池有鉛酸蓄電池,鎘鎳蓄電池,鐵鎳蓄電池,金屬氧化物蓄電池,鋅銀蓄

43、電池,鋅鎳蓄電池,氫鎳蓄電池,鋰離子蓄電池等民用干電池是目前使用量最大、也是最分散的電池產(chǎn)品，國內(nèi)年消費80億只。主要有鋅錳和堿性鋅錳兩大系列，還有少量的鋅銀、鋰電池等品種。鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀電池一般都使用汞或汞的化合物作緩蝕劑，汞和汞的化合物是劇毒物質(zhì)。廢電池作為生活垃圾進行焚燒處理時，廢電池中的Hg、Cd、Pb、Zn等重金屬一部分在高溫下排人大氣，一部分成為灰渣，產(chǎn)生二次污染。</p><p>　　

44、3.3蓄電池對人類身體的影響</p><p>　　電池中含有大量的重金屬:汞,錳,鋅,鎘,鎳,鉛等.廢電池扔土壤里,其中的成分就會滲透到土壤和地下水,人們一旦食用受污染的土地生產(chǎn)的農(nóng)作物或是喝了受污染了的水,這些有毒的重金屬就會進入人的體內(nèi),慢慢的沉積下來,對人類健康造成極大的威脅!高血鉛影響腎,肝,神經(jīng)系統(tǒng)和造血器官,干擾腎功能和生殖功能,不可逆轉(zhuǎn)地損傷大腦.會使兒童出現(xiàn)行為問題,低智商和精力難以集中.汞中毒有

45、神經(jīng)衰弱綜合癥,植物神經(jīng)功能紊亂,以及急躁,易怒,好哭等癥狀,重度中毒時發(fā)生明顯的性格改變,情感障礙,智力減退.鎳通常從飲食中攝入,被認為可誘發(fā)肺癌和鼻竇癌.鎳中毒主要引起呼吸系統(tǒng)損害,嚴重者神志模糊或昏迷,并發(fā)心肌損害。</p><p>　　第四章 現(xiàn)代新技術(shù)在汽車廢舊汽車蓄電池的研究與應(yīng)用</p><p>　　4.1汽車蓄電池的現(xiàn)狀與前景</p><p>　　電

46、池是指能將化學(xué)能、內(nèi)能、光能、原子能等形式的能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。電池的種類很多，分類方法也很復(fù)雜，一般可分為化學(xué)電池與物理電池。物理電池主要是指太陽能電池，化學(xué)電池分一次電池和二次電池，一次電池有普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋰-錳電池、鋅-空氣電池、一次鋅-銀電池和鋅汞電池，二次電池包括鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸蓄電池、鋰離子電池（鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池以及鎳錳、鎳鈷、鎳錳鈷聚合物鋰電池），此外還有燃料電池、

47、核電池等新型電池。目前，世界電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了各種電池共存的局面，各類電池的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況各不相同。下面就幾種重要的電池作一簡要介紹，以便對整個電池產(chǎn)業(yè)有個感性認識。</p><p>　　鉛酸蓄電池：鉛酸蓄電池是指電極由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。它是目前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有電壓平穩(wěn)、安全可靠、價格低廉、適用范圍廣、原材料豐富和回收再生利用率高等優(yōu)點，是世界上各類電池中產(chǎn)量最

48、大、用途最廣的一種電池。目前在各類電池中占30%左右的比例，在二次電池中更是占到了70%以上的市場份額。過去生產(chǎn)主要集中在西歐、美國、日本等地區(qū)，由于競爭激烈和環(huán)保原因，近年來歐美鉛酸電池廠合并趨勢加強，世界范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和企業(yè)整合現(xiàn)象明顯，生產(chǎn)集中度進一步提高，中國、巴西、墨西哥等國家和地區(qū)目前成為主要生產(chǎn)地。鉛酸電池除了存在污染、循環(huán)壽命短等問題，別的方面優(yōu)勢很明顯，尤其是價格方面，估計未來3-5年仍然會占有很大的市場份額，尤其是

49、在發(fā)展中國家。鎳鎘電池：它是由兩個極板組成，一個是用鎳做的，另一個是鎘做的，鎳鎘電池：它是由兩個極板組成，一個是用鎳做的，另一個是鎘做的，這兩種金屬在電池中發(fā)生可逆反應(yīng)，因此電池可以重新充電。鎳鎘電池的優(yōu)點是結(jié)實、價格便宜。</p><p>　　電池中發(fā)生可逆反應(yīng)，因此電池可以重新充電。鎳鎘電池的優(yōu)點是結(jié)實、價格便宜。缺點是鎘金屬對環(huán)境有污染，電池容量小，壽命短，所以鎳鎘電池是最低檔的電池是最低檔的電池，是鎘金屬

50、對環(huán)境有污染，電池容量小，壽命短，所以鎳鎘電池是最低檔的電池，有記憶效每次充電都須先放電，否則它的記憶功能將大大降低手機的充電量，應(yīng)每次充電都須先放電，否則它的記憶功能將大大降低手機的充電量，只有將電池中的余電放凈后再進行充電才能保持電池的充電量。</p><p>　　由于鎘的毒性和鎘鎳電池的記憶效應(yīng)，余電放凈后再進行充電才能保持電池的充電量。由于鎘的毒性和鎘鎳電池的記憶效應(yīng)，鎳鎘電池被隨之發(fā)展起來的鎳氫電池部分

51、取代，但在便攜式電動工具方面，鎳鎘電池中的SC鎘電池被隨之發(fā)展起來的鎳氫電池部分取代，但在便攜式電動工具方面，鎳鎘電池中的SC型電池仍為首選。目前，日本等發(fā)達國家出于降低成本和環(huán)保考慮，型、C型、D型電池仍為首選。</p><p>　　目前，日本等發(fā)達國家出于降低成本和環(huán)保考慮，已將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到國外，我國已經(jīng)成為世界鎳鎘電池的主要生產(chǎn)基地。但由于國內(nèi)環(huán)保也在日益重視，轉(zhuǎn)移到國外，我國已經(jīng)成為世界鎳鎘電池的主要生產(chǎn)基

52、地。但由于國內(nèi)環(huán)保也在日益重視，國家對鎳鎘電池生產(chǎn)有很大限制，出口退稅也全部取消，市場萎縮很快，其前景不容樂觀。國家對鎳鎘電池生產(chǎn)有很大限制，出口退稅也全部取消，市場萎縮很快，其前景不容樂觀。鎳氫電池：鎳氫電池是早期的鎳鎘電池的替代產(chǎn)品，從20世紀90年代開始投放市場。鎳氫電池和鎳鎘電池外形上相似，而且鎳氫電池的正極與鎳鎘電池也基本相同，都是以氫氧化鎳為正極，主要區(qū)別在于鎳鎘電池負極板采用的是鎘活性物質(zhì)，而鎳氫電池是以高能貯氫合金為負極

53、，因此鎳氫電池具有更大的能量。同時鎳氫電池在電化學(xué)特性方面與鎳鎘電池亦基本相似，故鎳氫電池在使用時可完全替代鎳鎘電池，而不需要對設(shè)備進行任何改造。</p><p>　　由于鎳氫電池缺點是價格比鎳鎘電池要貴，性能比鋰電池要差，在移動電話、筆記本電腦等領(lǐng)域被鈷酸鋰等鋰電池取代，作為動力電池在便攜式電器市場、電動工具、電動車市場開始萎縮，主要是被錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池取代。鎳氫電池最終將被市場所淘汰。鋰離子電池：整個

54、鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，自1991年商業(yè)化以來，不斷蠶食鎳鎘電池和鎳氫電池的市場。其中聚合物鋰離子電池在安全性、體積、質(zhì)量、容量和放電性能方面均優(yōu)于液態(tài)鋰離子電池，更適合用作微型電器的電源，應(yīng)用范圍更廣。</p><p>　　目前，鋰離子電池在整個電池產(chǎn)業(yè)中是最受人矚目的，其中目前使用最廣泛的是鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池，但未來行業(yè)格局會有所變化，應(yīng)用在手機、電腦和數(shù)碼產(chǎn)品中的鈷酸鋰電池會逐漸被二元/三元聚合物鋰電池

55、取代，而作為高倍率動力電池，錳酸鋰電池也將逐漸被磷酸鐵鋰電池取代。由于鋰離子電池技術(shù)發(fā)展速度迅猛，很多電池只能僅僅作為過渡電池（不能完全消除安全隱患），只有聚合物鋰電池和磷酸鐵鋰電池代表了鋰離子電池發(fā)展的方向。太陽能電池：它是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的菁膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的式太陽能民池則還處于萌芽階段。太陽能電池產(chǎn)業(yè)在日本、美國、德國等發(fā)達國家對光伏發(fā)電進行政策性補貼的刺

56、激下，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速增長。在各類太陽能電池中，晶硅電池占據(jù)80%以上的比重，其在性能上優(yōu)于薄膜電池，但薄膜電池在價格上具備一定的優(yōu)勢，未來市場份額會有所上升。</p><p>　　世界太陽能電池生產(chǎn)主要集中在中國、日本、德國和美國四個國家，中國成為增長最快的地區(qū)。但中國生產(chǎn)的太陽能電池90%以上是出口的，主要是用于太陽能發(fā)電站及光伏建筑一體化，國內(nèi)市場還處于試驗階段，但市場前景很值得期待。燃料電池：它是一種把儲存在

57、燃料和氧化劑中的化學(xué)能，等溫地按電化學(xué)原理轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池是由含催化劑的陽極、陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成。燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽極通過負載流向陰極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電能而驅(qū)動負載工作。燃料電池與常規(guī)電池不同在于，它工作時需要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑通過電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放出電能；只要保持燃料供應(yīng)，電池就會不斷工作提供電能。</p><p>　　燃料電池在航空航天和

58、軍事方面得到較好的應(yīng)用，但是受技術(shù)和成本的限制，尚未達到普遍的民用商業(yè)化程度。世界各國政府和大企業(yè)都十分重視燃料電池的發(fā)展，美國、日本、歐洲共同體等國家和他們的大企業(yè)都投入了巨資來推動燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前已形成了一個龐大的企業(yè)和研究群，如日本豐田和三菱、美國GM和FORD、德國BENZ等汽車制造企業(yè)，再如加拿大巴拉德燃料電池公司、美國BLACKPOWER、UNITEDFUELCELL等燃料電池公司、德國氫能與太陽能研究所等。&

59、lt;/p><p>　　未來幾年，世界電池產(chǎn)業(yè)將會呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢：一是在技術(shù)的推動和市場拉動下，世界電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模將繼續(xù)保持快速增長的態(tài)勢。二是二次電池的增長速度高于一次電池的增長速度。三是一次電池和儲備電池產(chǎn)業(yè)將穩(wěn)中有升；鉛酸電池產(chǎn)業(yè)將穩(wěn)步增長；鎳鎘、鎳氫電池產(chǎn)業(yè)將逐步被鎳氫或鋰離子電池取代；鋰離子電池產(chǎn)業(yè)仍將高速增長，尤其是二元/三元聚合物鋰電池和磷酸鐵鋰電池將進入產(chǎn)業(yè)化的高潮；太陽能電池產(chǎn)業(yè)短期受金融風暴影響，

60、但長期仍將保持增長，其中薄膜電池優(yōu)勢將日益凸顯并會壓縮硅基電池的市場份額；燃料電池使用成本過高，技術(shù)還有待進一步提高，短期內(nèi)不可能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。四是動力電池產(chǎn)業(yè)將加快發(fā)展，目前看來，磷酸鐵鋰動力電池優(yōu)勢最為明顯，未來幾年將呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長屬問題。碳氫化合物燃料自動在燃料電池內(nèi)部重整,并迅速地在電料電池發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用。</p><p><b>　　4.2燃料電池</b></p>&

61、lt;p>　　各種類型燃料電池(堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、磷酸燃料電池及質(zhì)子交換膜燃料電池)的技術(shù)進展、電池性能及其特點。其中著重介紹了當今國際上應(yīng)用較廣泛、技術(shù)較為成熟的磷酸燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池。對燃料電池的應(yīng)用前景進行探討,并對我國的燃料電池研究提出了一些建議。關(guān)鍵詞:燃料電池;磷酸燃料電池;質(zhì)子交換膜燃料電池燃料電池有多種類型,按使用的電解質(zhì)不同來分類,主要有堿性燃料電池(AFC)、熔融碳

62、酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、磷酸燃料電池(PAFC)及質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等。</p><p>　　1各種燃料電池發(fā)展狀況</p><p>　?。?）堿性燃料電池(AFC)</p><p>　　20世紀50年代起美國就開始對堿性燃料電池進行研究,并在60年代中期成功地用于Apollo登月飛行。AFC的優(yōu)點在于除貴金屬外,銀、

63、鎳以及一些金屬氧化物都可以作電極催化劑,它的陰極性能也比酸性體系要好,而且電池的結(jié)構(gòu)材料也較便宜。缺點在于對CO2和N2十分敏感,故不適用于地面。在國外,將AFC用于潛艇及汽車的嘗試已不再繼續(xù),目前AFC主要用作短期飛船和航天飛機的電源。中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所1958年就開始研究培根型燃料電池。年代初開展堿性石60棉膜型燃料電池的研究,1968年承擔航天用堿性石棉膜型燃料電池的研制。中科院大連化學(xué)物理研究所在60年代初也開始研究堿性石

64、棉膜型燃料電池。70年代初承擔了航天用堿性石棉膜型燃料電池的研制,研制成兩種類型的電池。80年代初,研制了潛艇用20kW的大功率堿性石棉模型燃料電池樣機。</p><p>　?。?）熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)</p><p>　　MCFC的電解質(zhì)由Li2CO3和K2CO3組成,工作溫度在650攝氏度左右,陰極、陽極電化學(xué)反應(yīng)快,無需貴金屬催化劑。由于在較高溫度工作,可以對天然氣、煤炭氣

65、化燃料進行內(nèi)部重整,直接加以利用。不需要復(fù)雜昂貴的外重整設(shè)備。另外,燃料轉(zhuǎn)換效率高,余熱利用效率也較高。但MCFC在高溫下長期工作時電解質(zhì)損失造成的電池失效、隔板腐蝕對電池壽命的影響,以及鎳電極緩慢溶解所造成的性能下降都是有待解決的課題。由美國能源研究公司(ERC)建造,使用內(nèi)部重整的2MWMCFC裝置已經(jīng)安裝在加利福尼亞并入電網(wǎng)運行了720h,供電1710MWh,1997年3月停運,為建造和運行這類電站提供了寶貴經(jīng)驗。日本熔融碳酸鹽研

66、究協(xié)會在日本月光計劃和新日光計劃的支持下,一個1000kW系統(tǒng)正在組裝以評價此技術(shù)。長春應(yīng)用化學(xué)研究所于90年代初開始研究MCFC,在LiAlO2微粉的制備方法和利用金屬間化合物作MCFC的陽極材料等方面取得了很大的進展。大連化學(xué)物理所從1993年起在中科院資助下開始研制,自制LiAlO2微粉制造的MCFC單體電池性能已達國際80年代初的水平。</p><p>　?。?）固體氧化物燃料電池(SOFC)</p

67、><p>　　SOFC工作溫度高達1000攝氏度,反應(yīng)速度快,不需要貴重金屬做催化劑,不存在電解質(zhì)腐蝕金極上被氧化,燃料中雜質(zhì)對電池的性能、壽命影響均很小。其燃料轉(zhuǎn)換效率高,高溫余熱可很好利用,從而提高燃料的總利用效率。SOFC可以與燃氣輪機相結(jié)合,即用燃料電池的動力代替燃氣輪機的燃燒段,總效率可望達到60%--70%。SOFC的主要問題是固體氧化物電解質(zhì)所用的陶瓷材料脆性大,目前仍很難制造出大面積的固體電解質(zhì)膜,這

68、嚴重制約了建造大功率SOFC。另外,SOFC還存在諸如電流密度小、電壓降高、制造工藝復(fù)雜、成膜設(shè)備昂貴等問題。美國、丹麥、荷蘭、日本等國都很重視SOFC,其中美國西屋(Westinghouse)公司的研究工作較為突出,研制的25kW的SOFC電池組已經(jīng)通過了長期示范試驗,建造在荷蘭的100kW示范裝置也已于1997年啟用,250kW至7MW發(fā)電裝置的建設(shè)正規(guī)劃中。中科院上海硅酸鹽研究所1971年就開始進行了SOFC電極材料和電解質(zhì)材料的

69、研究。吉林大學(xué)于1995年在吉林省計委和國家計委的資助下進行SOFC的研究,研制成功的單體電池電壓達到1.18V,電流密度400mA/cm2。</p><p>　?。?）磷酸燃料電池(PAFC)</p><p>　　磷酸燃料電池采用H3PO4液體做電解質(zhì),發(fā)電效率為35%--43%,工作溫度180攝氏度由于工作溫度降低,反應(yīng)速度慢,因此需要使用貴重金屬Pt做催化劑。PAFC基本元件有陽極、

70、陰極和電解質(zhì),單電池之間由隔板連接。磷酸燃料電池的特點如下:</p><p>　　(1)發(fā)電效率在35%--43%之間,大容量電站效率較高些。熱電聯(lián)供時,總效率為71%--85%。(2)潔凈、對環(huán)境污染小,沒有(或很小)轉(zhuǎn)動部件,振動和噪聲污染也很小。(3)隨著技術(shù)不斷改進,PAFC電站,特別是50kW和200kW電站,其無故障連續(xù)運行時間不斷加長。例如美國ONSI公司的200kWPC225發(fā)電裝置投運時間已超過

71、37000h,可用率超過95%,接近商業(yè)化目標要求的40000h。(4)滿負荷運行可達到40000h,電池的輸出電壓的降低不大于10%。(5)裝置緊湊,檢修空間小,維修困難。(6)PAFC電站可以使用各種氣態(tài)或液態(tài)燃料,主要是使用天然氣或液化天然氣,也可以使用液化石油氣、甲醇、煤油、沼氣等。(7)降低造價與技術(shù)的改進、標準化和大規(guī)模生產(chǎn)分不開。ONSI公司1995年推出的PC25C型PAFC裝置的制造成本為3000$/kW,而后推出的P

72、C25D型的成本降至1500$/kW,體積減小1/4,重量僅為14t。但PAFC電站造價的進一步降低仍需長期努力。美國最早在60年代后期就開始對PAFC進行評價研究,是最早發(fā)展PAFC電站技術(shù)的國家,而日本是PAFC電站技術(shù)發(fā)</p><p>　?。?）質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)</p><p>　　PEMFC是繼AFC、PAFC、MCFC、SOFC之后迅猛發(fā)展起來的溫度最低、比能最

73、高、啟動最快、壽命最長、應(yīng)用最廣的新一代燃料電池。但在歷史上,PEMFC實際上是最先得到應(yīng)用的燃料電池。早在60年代初,美國航空航天局曾7次成功地將PEMFC用于雙子座飛船。但由于穩(wěn)定性及導(dǎo)電性均差,使用壽命僅500h。雖以后采用全氟磺酸膜(Nafion),解決了電池壽命和水污染的問題,但仍讓位于堿性燃料電池(AFC),導(dǎo)致其研究長時間處于低谷。直至80年代,加拿大Ballard公司注意到PEMFC可在室溫下快速啟動,作為移動動力電源的

74、潛力,又開始進行PEMFC的研究。在美國、加拿大等國科學(xué)家們的努力下,PEMFC取得了突破性進展。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)由若干單電池串聯(lián)而成。單電池由表面涂有催化劑的多孔陽極、多孔陰極和置于其間的固體聚合物電解質(zhì)構(gòu)成,PEMFC之所以成為當前國際上燃料電池研制、開發(fā)的熱點,是基于以下幾個突出的優(yōu)點:工藝結(jié)構(gòu)簡單,開發(fā)投入相對較少;可室溫下快速起動投入運行;不使用腐蝕性電解液,安全可靠;按負載要求,系統(tǒng)規(guī)?？纱罂尚?比功率高,特

75、別適用于軍用或民用的可移動電源及電動</p><p>　　目前在PEMFC研究中存在的主要技術(shù)關(guān)鍵為:Pt/C催化劑的制備:制備Pt高度分散的電催化劑是減少Pt用量和降低電池成本的重要途徑;電極、膜三合一制備工藝:電極與膜采用熱壓合減小接觸電阻,電極內(nèi)全氟磺酸樹脂與膜熔合,提供H+通道,提高Pt利用率;電極擴散層的制備工藝;電池組內(nèi)平衡與熱平衡:對于高電流密度PEMFC電池組,是實現(xiàn)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵;氫的安全儲存、

76、供給以及富氫燃料的轉(zhuǎn)化。國際上有多家公司和科研機構(gòu)對PEMFC進行研究,如加拿大的Ballard公司、德國的Siemens公司、意大利的DeNor公司以及美國的LosAlamos國家實驗室等。目前PEMFC本體技術(shù)已趨于成熟,其關(guān)鍵部分)))質(zhì)子交換膜已達到商品化階段。加拿大的Ballard公司為加拿大國防部建造的45kW質(zhì)子交換膜燃料電池潛水艇已于1996年底完成,并計劃在2003年建成一艘212級300kW質(zhì)子交換膜燃料電池潛水艇,

77、能提供8節(jié)的巡航速度。此外該公司成功開發(fā)了以天然氣為燃料的35kWPEMFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)。大連化學(xué)物理所從1994年起,開始PEMFC的電極研究工作,現(xiàn)已成功地將電極Pt含量降至0.08mg/cm2。采</p><p>　　我國的燃料電池技術(shù)目前燃料電池雖然由于成本昂貴、技術(shù)尚未完全成熟而無法得以廣泛應(yīng)用,但以其具清潔、高效、無污染等優(yōu)點必將擁有廣泛的應(yīng)用前景。尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有高功率、低

78、溫運行、快速啟動、無噪聲等特點,使其在電動汽車、航天、軍事等領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用。與國外相比,我國的燃料電池研究水平還比較低,其原因有:70年代我國研制的航天用AFC與國外的差距還很小,但此后由于種種原因停止了對燃料電池的研究工作,直到90年代初才重新開展燃料電池的研究工作,致使我國燃料電池的研究水平大大落后于國外;現(xiàn)在對燃料電池的研究的投入還不夠,大多僅依靠國家自然科學(xué)基金會的少量資助。</p><p>　　

79、4.3環(huán)境友好型汽車用鉛蓄電池技術(shù)的現(xiàn)狀</p><p>　　基十近幾年來CO2,排放量的增加,導(dǎo)致氣候變暖,日本政府開始構(gòu)建近期的戰(zhàn)略計劃,增加混合電動汽車千占潔柴油年插電式混合電動汽車等項目的開發(fā)。因此,開發(fā)研制高性能長壽命的閥控式鉛蓄電池事在必行日乍尺,里簫電池卜戶企業(yè)聯(lián)臺共同斤發(fā)研制出不同類型的環(huán)保丁旦汽車用鉛爵電池2010年度中國電源產(chǎn)業(yè)進入了一個快速發(fā)展時期,電源產(chǎn)品朝著高頻化高能量密度高功率高可靠性

80、高智能化和清潔生產(chǎn)等方向發(fā)展特別是十二五期間要加大力度發(fā)展新興產(chǎn)業(yè),其中新能源汽車穩(wěn)占一個席位,這將預(yù)示著鉛蓄電池作為新能源產(chǎn)業(yè)中的主力軍有著無可厚非的發(fā)展前景但是,在十二五期間,中國的鉛蓄電池行業(yè)必須攻克制約行業(yè)發(fā)展的幾大難題,走轉(zhuǎn)型升級之路,未來才有發(fā)展的空間。</p><p>　　4.3.1混合電動汽車用VRLA電池</p><p>　　近年來,基于CO2排放量的增加,導(dǎo)致氣候變暖源

81、油價格居高不下及能源緊俏等日本早在2006年依據(jù)現(xiàn)狀開始構(gòu)建長期的能源戰(zhàn)略,并起草了國家新能源戰(zhàn)略規(guī)劃到2030年的目標是在原有的基礎(chǔ)上再改善30%的燃油效率目前運輸部門對石油的依賴度為100%,但2030年的目標是削減到80%。</p><p>　　4.3.2怠速停行車用高性能VpLA電池</p><p>　　近年來,為了降低汽車排氣量及改善燃料費用,有必要提高怠速停行車運行方式,怠速停

82、行車是當車怠速時發(fā)動機停止轉(zhuǎn)動目前,日本在住宅配送車和專線公共汽車已向這種運行方式傾斜近年來,自用車在等信號交通阻塞等短時間停車時也采用這種運行方式怠速停行車用鉛蓄電池除起動外,當車停止時也需要供電,與傳統(tǒng)的不采用怠速停行方式運行的車輛相比,電池放電頻率增加,容易造成充電不足因此,對這種電池的要求是即便在充電不足的情況下,也能發(fā)揮耐久性能。</p><p>　　4.3.3汽車用卷繞高性能鉛蓄電池</p>

83、;<p>　　2008年一2010年逐漸完善嚴格限制汽體排放污染環(huán)境汽車生產(chǎn)廠家針對怠速停行車混合動力汽車高電壓(42V)系統(tǒng)車等環(huán)保車型加大了開發(fā)力度.日本開發(fā)研制出汽車用卷繞式結(jié)構(gòu)的高性能鉛蓄電池從對蓄電池大功率輸出輸人性能強烈要求的角度及優(yōu)于傳統(tǒng)電池的觀點出發(fā),研發(fā)了新型鉛蓄電池,卷繞結(jié)構(gòu)高性能鉛蓄電池研究的主要為低電阻新品電池正極板負極板均為低電阻的薄型大面積極板隔板采用薄型貧液式,同時研討了可提高抗張強度及耐浸透

84、短路性能。</p><p>　　第五章 汽車廢舊蓄電池再生技術(shù)研究的展望</p><p>　　5.1國際廢舊蓄電池處理方式</p><p>　　國際上通行的廢舊電池處理方式大致有三種：固化深埋、存放于廢礦井、回收利用。</p><p>　　5.1．1固化深埋、存放于廢礦井</p><p>　　廢電池一般都運往專門的有毒

85、、有害垃圾填埋場，但這種做法不僅花費太大而且還造成浪費，</p><p>　　因為其中尚有不少可作原料的有用物質(zhì)。</p><p><b>　　5.1．2回收利用</b></p><p><b>　　（1）熱處理</b></p><p>　　瑞士有兩家專門加工利用舊電池的工廠，巴特列克公司采取的方法

86、是將舊電池磨碎后送往爐內(nèi)加熱，這時可提取揮發(fā)出的汞，溫度更高時鋅也蒸發(fā)，它同樣是貴重金屬。鐵和錳熔合后成為煉鋼所需的錳鐵合金。該工廠一年可加工2000噸廢電池，可獲得780噸錳鐵合金，400噸鋅合金及3噸汞。另一家工廠則是直接從電池中提取鐵元素，并將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混合物作為金屬廢料直接出售。不過，熱處理的方法花費較高，瑞士還規(guī)定向每位電池購買者收取少量廢電池加工專用費。</p><p>&l

87、t;b>　?。?）“濕處理”</b></p><p>　　馬格德堡近郊區(qū)正在興建一個“濕處理”裝置，在這里除鉛蓄電池外，各類電池均溶解于硫酸，然后借助離子樹脂從溶液中提取各種金屬，用這種方式獲得的原料比熱處理方法純凈，因此在市場上售價更高，而且電池中包含的各種物質(zhì)有95%都能提取出來。濕處理可省去分揀環(huán)節(jié)（因為分揀是手工操作，會增加成本）。馬格德堡這套裝置年加工能力可達7500噸，其成本雖然比填

88、埋方法略高，但貴重原料不致丟棄，也不會污染環(huán)境。</p><p><b>　?。?）真空熱處理法</b></p><p>　　德國阿爾特公司研制的真空熱處理法還要便宜，不過這首先需要在廢電池中分揀出鎳鎘電池，廢電池在真空中加熱，其中汞迅速蒸發(fā)，即可將其回收，然后將剩余原料磨碎，用磁體提取金屬鐵，再從余下粉末中提取鎳和錳。這種加工一噸廢電池的成本不到1500馬克（按匯率

89、為4.7148來算的話，約合7072元人民幣）！</p><p>　　未來的汽車用鉛酸蓄電池</p><p>　　燃料經(jīng)濟、生態(tài)、性能、安全和舒適等特性將促使許多新型電系統(tǒng)產(chǎn)生。因此,對汽車用蓄電池的要求也將顯著提高,例如有關(guān)可靠性、淺循環(huán)壽命、充電接受和在部分充電狀態(tài)下高倍率放電(HRPSOC)運行的要求。人們期望鉛酸蓄電池技術(shù)繼續(xù)在這種應(yīng)用中起主要作用。</p><

90、p>　　與傳統(tǒng)的起動—照明—點火(SLI)蓄電池相比,在改善性能和使用壽命兩方面已經(jīng)取得或即將取得顯著的技術(shù)進步,開發(fā)設(shè)計出許多新型蓄電池。車內(nèi)儲能裝置的系統(tǒng)集成化將變得越來越重要。超級電容器可延長鉛酸電池的壽命,保護負極板免于高倍率放電和充電。蓄電池監(jiān)測、蓄電池管理等系統(tǒng)會為更主動的蓄電池運行策略創(chuàng)造條件,同時改善供電系統(tǒng)的可靠性。在一只鉛酸蓄電池無法單獨滿足不斷提高的要求的情況下,雙儲能系統(tǒng)有可能提供車輛所需的功率。</

91、p><p>　　5.2.1汽車蓄電池的功能和處境</p><p>　　汽車蓄電池是汽車上的儲能裝置。傳統(tǒng)的汽車蓄電池是SLI蓄電池,它具有起動(S)、照明(L)和點火(I)三項基本功能。未來車輛電力系統(tǒng)的耗電裝置越來越多,需要蓄電池的功率也越來越大。隨著人們對節(jié)油和降低有害物排放的關(guān)注,開發(fā)設(shè)計出許多混合動力系統(tǒng),引入停車—起步、助推、再生制動等功能。</p><p>

92、　　5.2.2對蓄電池的要求</p><p>　?。?）“SLI”和封裝</p><p>　　汽車蓄電池還要具有"傳統(tǒng)"的起動-照明-點火(SLI)功能,同時還要考慮封裝。不管是被放在發(fā)動機室中、座椅下、還是車輛的后部,蓄電池的外形尺寸都要求有足夠的工作容積。隨著車輛流線性和行人碰撞保護要求的增加,蓄電池的外形已成為一個大問題。一方面要求減小外形尺寸,而另一方面又要保持

93、性能不變。如果蓄電池被安裝在發(fā)動機室內(nèi),蓄電池就得耐高溫,一般溫度約為70℃或更高。迄今為止,AGM蓄電池的一個主要缺點就是它們的耐熱能力不如今天的富液式蓄電池。把蓄電池移到溫度較低的位置將使額外費用大幅增加。</p><p><b>　　（2）淺循環(huán)壽命</b></p><p>　　有兩個因素促使汽車用蓄電池的循環(huán)耐久能力提高。(1)數(shù)量越來越多的電子控制元件(EC

94、O)要在切斷期間利用電流,一般在現(xiàn)代的高級轎車里有60個以上的ECO,由于零部件缺陷、軟件試驗不充分或意想不到的相互作用等緣故有可能會增加所用的電流。結(jié)果,在切斷期間蓄電池會過度消耗。(2)不連續(xù)地用交流發(fā)電機的輸出匹配舒適性負載的功率消耗。例如在怠速期間,蓄電池可能得供應(yīng)全部的負載電流達到一個相當大的百分數(shù)。在上述兩種情況下,充放電循環(huán)一般非常淺(放電深度(DOD)<<10%),但是在幾年內(nèi)累積的Ah轉(zhuǎn)換量可能是相當大的。

95、因此,有些汽車制造商已經(jīng)將一些有助于淺循環(huán)壽命的要求納入其標準蓄電池的規(guī)范中。一般要求富液式SLI蓄電池在其使用壽命終止之前得經(jīng)得起累積Ah轉(zhuǎn)換量等于標稱容量150倍的淺循環(huán)。對代替SLL蓄電池的AGM的淺循環(huán)壽命要求一般是富式蓄電池的3倍。</p><p><b>　?。?）充電接受</b></p><p>　　充電接受,特別是在低溫下,是一種確定電源系統(tǒng)充電均衡的

96、蓄電池要求。蓄電池須向電負載提供的電力越多,能夠足夠快地給它再充電就越為重要?；旌蟿恿﹄妱榆噧?nèi)的蓄電池是在部分充電狀態(tài)(PSOC)下動行的,在再生制動過程中提供了重要的補充充電接受(充電接受最好,而且在20%～70%SOC之間最容易控制蓄電池)。對比起來,傳統(tǒng)的12V汽車蓄電池是在交流發(fā)電機輸出電壓下連續(xù)充電的,從而在其補充充電接受為極限的高充電狀態(tài)(SOC)下運行。如果隨加速/減速情況而改變電壓設(shè)定值,且在PSOC下操作蓄電池,那么在

97、14V系統(tǒng)內(nèi)起動發(fā)電機或交流發(fā)電機或許能提供有限的再生功率。視車輛的傳動系和駕駛條件而定,燃耗和CO2排放物能夠降低1.5%～4%。這需要蓄電池能夠經(jīng)受住延長的PSOC操作和額外的能量流量,及那些類似對輕度混合動力電動車用蓄電池要求的要求。已知典型的交流發(fā)電機和蓄電池大小及駕駛模式,蓄電池一般會限制再生階段能夠捕獲的功率。</p><p><b>　?。?）儲備容量</b></p>

98、;<p>　　未來汽車的耗油量將顯著下降,許多技術(shù)要求具有相當大的瞬態(tài)電流,如自動變速器控制(VTC)或自動轉(zhuǎn)換齒輪(ASG),頻繁地使用渦輪增壓機、自動怠速停車等。這些都需要蓄電池具有更大的儲備容量。</p><p>　?。?）耐久性和可靠性</p><p>　　未來的汽車系統(tǒng)要求蓄電池具有更高的耐久性和可靠性。在42V動力系統(tǒng)中,蓄電池必須以高倍率提供大量淺充放電循環(huán)。對

99、于發(fā)動機起動高倍率放電是必需的,而高倍率充電與再生制動有關(guān)。因此在這樣的“HRPSOC”條件下,對于VRLA蓄電池的極板——特別是負極板——有遭受"硬"硫酸鉛積累的傾向。這種效應(yīng)會減損蓄電池的性能和壽命。在車輛的電系統(tǒng)中引入蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)會大大提高儲能系統(tǒng)的可靠性:不僅可以通過避免使用不當情況的發(fā)生來延長蓄電池的平均使用壽命,而且應(yīng)該能夠基本上消除電池的早期失效和意外失效。蓄電池可靠性的另一方面也不應(yīng)被忽視:蓄電池的

100、可靠度基本上是其各個單體可靠度的積。那就意味著高電壓蓄電池(36V更高)必須在單體電池水平上滿足更加精確的可靠度,以便正好保持蓄電池的可靠度跟原來一只12V蓄電池的可靠度一樣高。因此,為了滿足高可靠度,將需要改進蓄電池的工藝過程控制。</p><p>　　5.2.3蓄電池技術(shù)</p><p>　　人們預(yù)料鉛酸蓄電池技術(shù)會繼續(xù)在汽車應(yīng)用領(lǐng)域保持重要的作用。與傳統(tǒng)的起動-照明-點火(SLI)蓄

101、電池相比,已經(jīng)取得或即將取得顯著的技術(shù)進步,改善性能和使用壽命。</p><p>　　5.2.4富液式鉛酸蓄電池</p><p>　　傳統(tǒng)的起動-照明-點火(SLI)用液體電解質(zhì)蓄電池是一種以成熟技術(shù)為基礎(chǔ)的商品,其零部件成本很低,約為S35/kWh或S4/kW。一般在使用3~7年后就得更換一次SLI蓄電池,然而,由于它們的成本很低,所以將會繼續(xù)用作電荷(Ah)轉(zhuǎn)換量非臨界的汽車的主要儲能

102、系統(tǒng)。蓄電池制造商將繼續(xù)面臨來自汽車制造商的巨大壓力,既要求改善質(zhì)量又要求降低零部件成本。解決這些矛盾性目標的唯一機會就是引入高度自動化的、連續(xù)的、無缺陷的蓄電池制造工藝。因為未來的動力系統(tǒng)概念要求蓄電池具有更高的電荷流量,鉛酸蓄電池應(yīng)當被認為是并按一定尺寸制造成帶有消耗特性的可用系統(tǒng)。電荷轉(zhuǎn)換量相當于蓄電池的消耗量,但是由于一般按冷起動規(guī)范來確定SLI蓄電池的大小,所以在不犧牲使用壽命的情況下要有一些儲備容量來輸出更高的電荷轉(zhuǎn)換量。用

103、比優(yōu)化AGM蓄電池的成本低的成本來進一步優(yōu)化富液式汽車蓄電池的淺循環(huán)壽命似乎是可能的。</p><p>　　5.2.5閥控式鉛酸蓄電池</p><p>　　閥控式鉛酸蓄電池(VRLA)比傳統(tǒng)SLI蓄電池更能經(jīng)受高Ah轉(zhuǎn)換量。吸附性玻纖(AGM)隔板使用了一種可浸潤在電解液中的玻璃纖維。矩形和螺旋卷繞式兩種極板的幾何形狀被認為都適合汽車應(yīng)用。與SLI蓄電池相比,在相等乃至更高的功率密度下這些

104、蓄電池至少可增加3倍的循環(huán)壽命[5]。用于高倍率部分充電狀態(tài)(HRPSOC)運行的AGM技術(shù)正在研發(fā)之中,此項工作即將取得進一步的成果。這項技術(shù)的研發(fā)最初集中在42V輕度混合動力車上,但也能研制出性能顯著改進的12V蓄電池,例如,用于發(fā)動機停車/起步應(yīng)用和再生制動的蓄電池。</p><p>　　目前,小批量AGM蓄電池的零部件成本總計幾乎是SLI蓄電池成本的兩倍,從長期的潛力來看,大批量零部件的成本會下降20%-

105、-30%。由于在蓄電池的壽命期內(nèi)每電荷流量的成本勝過SLI蓄電池,AGM蓄電池具有很好的潛力適合于需要高循環(huán)壽命的汽車。然而,耐高溫性大概是廣泛引入AGM蓄電池的一個瓶頸。</p><p>　　5.2.6先進的蓄電池</p><p>　　近年來,人們應(yīng)車輛系統(tǒng)改進的要求,努設(shè)計和開發(fā)出很多新型蓄電池,一方面是使用進的蓄電池材料,例如薄金屬膜蓄電池、納米鉛酸蓄電池、石墨泡沫鉛酸蓄電池,另一方