汽车上用的铅酸蓄电池，“铅”和“酸”是如何反应产生电能的？

汽车上使用的蓄电池都是铅酸蓄电池，是一种将化学能转换成电能的装置，是可逆的低压直流电源。它的作用是在发动机起动时，向起动机、点火系统等主要用电设备供电，以及在发电机电力不足时协助供电，同时还可以吸收电路中瞬间的过电压，以保护用电设备。根据结构的不同，大致可以分为普通型蓄电池、免维护蓄电池、干荷电蓄电池以及胶体蓄电池，总体结构都是由极板、电解液、隔板和壳体这几大部分构成的。

铅酸蓄电池中的“铅酸”是指蓄电池中极板和电解液的材料。其中的“铅”是指极板的材料，极板又分为正极板和负极板，在正极板上是二氧化铅，在负极板上是纯铅；所谓的“酸”是指电解液的材料，它是由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成的硫酸水溶液（密度为1.24～1.31克/立方厘米），具有一定的腐蚀性。电解液的密度对蓄电池的容量和寿命有很大的影响，一般密度越高，蓄电池的充电量越足，冰点也越低，在寒冷的冬季也不会结冰；如果电解液的密度很低时，蓄电池的电量基本就放光了，此时的电瓶在寒冷的地区有结冰的危险。

蓄电池的工作过程就是这些“铅酸”相互转换的过程。在静止状态下，在正极板处，二氧化铅与硫酸作用生成带正电荷的铅离子沉浮在正极板上，使正极板具有2V的正电位；在负极板处，纯铅电离为铅离子和电子，两个电子留在负极板上，使负极板具有约-0.1V的负电位；这样在正负极之间就形成了大约2.1V的电位差，这就是铅酸蓄电池能够建立起电动势的原理。

那么蓄电池在工作过程中，“铅酸”又是怎样转换的呢？

蓄电池在放电时，硫酸与正负极板上的铅和二氧化铅发生化学反应，生成了硫酸铅和水，在这个过程中有大量的电子从负极板流向正极板，从而形成了放电电流；由于电解液中水分的增加，电解液的密度是逐渐下降的，放电越多，电解液的密度越低；随着反应的进行，极板上的硫酸铅越来越多，反应的速度越来越慢，放电也就越来越少了；当极板上大部分被硫酸铅覆盖的时候，反应基本就终止了，这时候就是所说的“电放没了”，电解液的密度也下降到了最低。

蓄电池在充电时，在外界电源的作用下，极板上的硫酸铅还原成了纯铅和二氧化铅，电解液中的水还原成硫酸，同时有大量的电子从正极板返回负极板，从而形成了充电电流；随着充电的进行，电解液中的硫酸越来越多，电解液的密度是逐渐增加的，充电越足，电解液的密度越高；但是当极板上的硫酸铅全部转化完后，电解液的密度也达到了最高，此时如果继续充电，这些电就会电解水了，生成了氢气和氧气，这就是充电过程中蓄电池里面会“冒泡”的原因。

所以，铅酸蓄电池的充放电过程，其实就是蓄电池中硫酸与纯铅和二氧化铅的化学反应过程，在这个过程中会伴随着电解液密度的变化。因此检验电解液的密度就可以大致判断出蓄电池的充电状态，并且利用这个原理制作出了蓄电池电量指示器。

早期的蓄电池是开放式的，在每一个单格电池上都有一个通气孔，因此会有一部分电解液从这个孔中挥发出去，另外充电过程中产生的氢气和氧气也从这个孔中逸出，因此电解液会越来越少，使用中需要定期添加并调整电解液的密度。后来人们研制出了免维护蓄电池，这种蓄电池的特点是采用了安全通气孔，在通气室中设置了氧化铝过滤器和钯催化剂，阻止内部硫酸蒸气的排出，减少了腐蚀作用，并使化学反应中产生的氢离子和氧离子再结合，生成水返回电解液中，从而减少了水份的消耗。免维护蓄电池的使用寿命较长，使用过程中不需要添加电解液，自行放电少，不需要补充充电，因此在轿车上得到广泛应用，并将逐渐取代现有的普通铅酸蓄电池。

这种铅酸电瓶最怕两件事：低温和过度放电。实践证明，当环境温度每升高1°C的时候，电池的容量也会相应的增加0.8%；反之，当环境温度降低1°C的时候，电池的容量也会对应的减少0.8%！当气温低至-10°C时，电瓶的容量只有正常值的72%；当温度低至-20°C时，电瓶的容量只有正常值的64%；另外，汽车电瓶都是浅充浅放的铅酸电瓶，过度放电是对电瓶的极大伤害。数据表明，当电瓶的电量完全放掉然后再充电，最多只能充到原来容量的80%。所以，我们在日常使用中一定要避免这两种情况的发生，比如不要频繁的启动发动机，不要停车后大量使用电瓶的电能，等等。