微波对Trojan蓄电池邱健电瓶化学反应的影响研究

摘要：铅酸蓄电池是现在运用最为广泛的二次化学电源，遍及于国防及国民经济的各个部门。不管在作业或静置时，铅酸蓄电池内部均产生非必需的放电反响，无益地消耗电能，下降用电设备的运行才能。因为微波对化学反响具有极大的促进效果，而蓄电池的作业也依托其内部化学反响。本文就此展开了相关探求。

关键词：微波；蓄电池；化学反响

导言：

现如今，在节能环保的大布景之下，电动汽车凭借着相对较高的能源利用功率及环保优势凸显出较好的开展势头，而其开展的中心就是蓄电池，所以电动汽车想要获得长足的进步，亟待解决的关键问题之一，就是蓄电池的修正。为了研讨对它的修正办法，首要需求对其充放电进程进行研讨。有学者借助铅酸蓄电池的三阶动态模型，进行了蓄电池数学模型的仿真，考虑了端电压、荷电状况等要素，可是模型过于粗糙，没有考虑电解质盐浓度在充放电进程中的改变状况。现在，脉冲修正技能被广泛运用于蓄电池的修正上，脉冲是促进电解质浓度平衡的一种手法，在脉冲修正进程中粗大的硫酸铅晶领会细化，在细化的晶体周围其浓度较高，这又会阻止硫化铅的细化从头结晶。负脉冲修正首要是在充电进程中参加负脉冲，可有效下降充电进程中的温升现象，可是其修正效果不显着且修正效果低。有学者采用高频谐振式脉冲修正技能，让高频脉冲使硫酸铅结晶体从头转化为晶体细微、电化学性高的可逆硫酸铅，可是脉冲频率和幅度不易掌控而且简单损伤电极板。有学者提出了一种间歇高频谐振脉冲叠加式技能，运用不同频率的脉冲来对硫酸盐化的晶体进行冲击震荡，按捺硫酸铅晶体的持续成长。尽管一定程度上修正了蓄电池，可是修正时刻较长，而且进程较为复杂。

1微波技能概述

微波频率范围为300MHZ-300GHZ，对应的自由空间波长为1mm-1m。微波一般分为分米波、厘米波与毫米波三个波段。一般把低于微波频率的称为低频，高于微波频率的称为光学频率。微波运用范围广泛，可用于物理、化学与生物效应，但运用最为老练的是用于加热技能。传统加热办法是一种由外而内的“外热”加热办法，这种加热办法难以坚持密闭环境，因而会导致热量丢失构成糟蹋而且需求很长的加热时刻。而微波加热与传统加热办法不同，是一种由内而外的“内热”加热办法，吸波资料首要依托吸收电磁波的方式完成升温，而且能够保持密闭环境避免能量散逸[1]。微波加热响应可分为以下3种根本类型：（1）绝缘资料：微波在绝缘资料表面既不反射也不吸收，能够彻底穿透绝缘资料，在辐照进程中没有能量丢失，常常作为微波场中吸波资料的载体运用。（2）导体：能够反射微波，用于电磁波的引导，属于微波导体资料；（3）介电资料：属于微波场中的高损耗资料，在微波照射条件下能够将电磁波转化为热量，完成本身的升温。其能量转化才能首要取决于资料的介电损耗因子值即介电功能。

2微波与物质的相互效果

资料在微波场中会被加热升温，微波加热具有选择性，因而微波诱导催化反响的催化剂与惯例热场下催化反响的催化剂有所区别，需求确保催化剂能够吸收微波辐射能并将其转化为本身的热能。因为趋肤效应，块状金属遭到微波辐射时，一般不吸收微波。金属资料具有很好的导电功能，介电损耗因子很大，导致微波在金属表面的透射深度很浅，二者之间的相互效果表现为反射。但因为金属在交变电场中会产生涡流，涡流会产生很多热量。当金属或其他导电物体形状不规则，有曲率很小的突起或顶级时，顶级就会在微波效果下构成电场的加强区。不规则的金属在微波辐照下产生感应电流，感应电流与微波谐振导致电子在金属的顶级、锋利的边际或亚微观的不规则边际累积，导致周围介质电离和击穿，诱发微波放电进程。加热效应和等离子体效应是微波诱导金属放电进程中的两个重要特征，能够在污染物质降解等化学反响中发挥重要效果[2]。一起微波放电进程还会产生很多的紫外光和可见光，能够在光催化剂的效果下诱发催化反响。

3新旧蓄电池充电特性剖析

蓄电池老化的首要原因是极板上构成了不可逆的硫酸铅盐化，俗称硫化，而硫化程度则能够从蓄电池内电解液的比重即电解液浓度表现出来。有学者研讨了不同电解液浓度下负极板活性物质氧化的动力学机理，认为低电解液浓度下会构成较大的PbSO4晶体，而且低硫酸浓度会促进难以复原的PbSO4晶体不断成长[3]。电解液浓度(蓄电池中H2SO4浓度)是电池管理系统的重要参数之一，也是电池的充放电操控战略和均衡作业的根据。

3.1蓄电池状况

经过剖析铅酸蓄电池的各种结构和特点，将实际铅酸蓄电池笼统为三维物理模型。该模型由正负极板、凸耳、贮槽和隔阂组成。模型的输入量为电流，输出量为电解液浓度。

3.2新旧蓄电池充电比照

因为新旧铅酸蓄电池的首要不同在于其电解液浓度不同，因而为了比照新旧铅酸蓄电池的充电特性差异，我们研讨了不同初始电解液浓度在相同充电条件下的改变状况。新旧电池在充电时反响程度不同很大。旧电池的初始浓度低，反响慢，电解液添加量的比例也小

[4]。而新电池的浓度高，反响剧烈，添加量的比例也增大。这是因为旧电池内部较低的硫酸浓度，使PbSO4晶体很多生产，从而使蓄电池硫化愈加严重；而关于完好的新蓄电池内部硫酸浓度较大，PbSO4晶体较少或没有，较高的硫酸浓度也会按捺难复原的PbSO4晶体成长。而且因为在充电初期，端电压敏捷上升，消耗了很多的水和PbSO4，H2SO4浓度也随之添加；在中期，因为电解液浓度缓慢添加，端电压也缓慢添加；在后期，活性物质被复原到充满电荷的状况，水的分解趋于饱和状况，H2SO4的浓度也趋于稳定。

4微波对蓄电池化学反响的影响

4.1反响概况

近年来很多的实验已证实微波能够极大地提高一些化学反响的反响速率，使一些一般条件下不易产生的反响敏捷产生。为了研讨微波对蓄电池内化学反响的影响，以蓄电池内部的化学反响为根底，经过烧杯取样蓄电池化学反响溶液，并将烧杯置于微波效果的腔体中。

4.2初始条件

根据反响腔体参数构建反响模型。在对腔体和反响物区分网格后，腔体的网格单元数为95069，均匀网格质量为0.69，反响物的网格单元数为10648，均匀网格质量为0.76。

4.3核算结果比照采用有限元办法对烧杯内的化学反响别离进行无微波效果和有微波效果的两种多物理场核算，两者的其它参数设置均坚持一致，功率为100W，微波的频率为2.45GHz。在无微波辅佐的状况下，到达反响平衡时电解液浓度约为2065mol·m-3，时刻约为40s；在有微波辅佐的状况下，到达反响平衡时电解液浓度约为2079mol·m-3，时刻约为20s。有微波辅佐效果的状况下，化学反响的速率显着加速，最终电解液浓度添加了约22%，改善较为显着。

结束语：

综上，现阶段，我国的电动汽车开展很快，关于蓄电池的研讨，有助于促进电动汽车的进一步开展。经过对电解液浓度改变的仿真核算，发现新旧电池在充电时反响程度不同很大，需求引起注重。