电池起源的历史

物理学家福雷用由铅粉和硫酸制成的糊剂覆盖了铅板的两侧。这使他在第一次充电（“形成”）后达到了特别高的容量，为电池的工业化生产铺平了道路。随后，成立了几家公司。其中之一是La Force et La Lumière S.A.，W.汤姆森在那里工作（后来他被称为拉格斯的开尔文勋爵，也就是绝对温度尺度的命名者）。起初，他们的想法是建造巨大的能量储存设施，W.汤姆森提出了一项计划，从尼亚加拉瀑布向布法罗市供电。通过由40,000节电池组成的电池组产生80,000伏（V）电压，并将其供应到布法罗市。镇上的家庭本应通过每个抽头50个单元的网络供电获得100伏的电力。然而，由于各种原因，该计划从未实施。

由于其螺旋缠绕的正极和负极，福莱尔电池并不耐用，仅经过几次充放电循环就会失效。这在大规模生产电池时是一个重大障碍。

由于腐蚀逐渐在金属中扩展，将晶格材料转化为二氧化铅，因此该系统不稳定，导致网格失去机械强度和导电性。但是，保护层可以减缓腐蚀，如果电池组件摆放得当，电池的使用时间不受影响。

负极的电位比氢电极的平衡电位低0.35伏。通常情况下，氢应该从弱硫酸溶液中释放出来，使电池放电。然而，使用铅显著减少了氢的产生，并且气体产生非常缓慢。因此，负极的“自放电”无法完全停止，但其发生的如此缓慢，可以容忍。

纯铅（精炼铅）晶格合金源自Planté的大型平板，通过电化学氧化在大型铸件上形成一层活性材料。未合金铅由于不够坚固，不适合作为轻晶格的材料。此外，纯铅晶格或平板在标准组装过程中几乎不可能管理。

在美国，由于其地理环境和许多分散在广阔区域的中继站，这成为一个大问题——这也是贝尔实验室紧急寻找解决办法的原因。从1935年开始，研究工作探索了使用铅钙合金代替铅锑合金的可能性。最终，这些合金被应用到贝尔的固定电池装置中。尽管进行了广泛的预测试和现场测试，结果却令人非常失望，电池的使用寿命经常远低于最初的预期。

为了应对不断增大的晶格尺寸，贝尔实验室制造了使用纯铅制成的盘状电极的固定电池。1970年，这些电池在贝尔电话设施中推出。

向固态材料中添加对其细结构有贡献的金属（细晶合金）将变得重要。否则，含有少量锑的合金无法总是顺利浇注。在此，添加少量硒（200 g/ton）特别有效；硒形成细小的铅硒化物（PbSe）颗粒，在凝固过程中作为焦点，促进晶体形成，使所需的细晶结构出现。

使用这些合金制造的铅酸蓄电池的水分流失非常低，因此在“备用”应用和正常情况下，即使经过超过5年的时间，也只需补充一次水分。剩余的锑含量使循环序列稳定到可以达到超过1000次充放电循环。在正常工作条件下，像这样的标准电池（带有“免维护”DIN分类）在其标准5年的工作寿命内不需要额外加水。

在19世纪末，我们所知的铅酸电池就已经在生产，包括至今仍在使用的三个电极。在随后的百年间，电池的开发继续进行，对影响因素的更好理解使得生产过程得以改进，并且新的塑料材料被用于制造隔板和容器。在这里，我们只会简要概述其中的一些发展。

管状电极与活性材料高效工作，并且具有较高的循环稳定性。早期，管状电极是用切开的硬橡胶制成的，但在第二次世界大战后，玻璃纤维编织物——一种由玻璃纤维和其他合成纤维制成的编织材料，或者由纯塑料（聚酯）制成的网状物或毡——被引入作为新材料。

阀控式铅酸蓄电池显著减少了维护需求。它们的工作原理与密封镍镉电池相同。正极产生的氧气不会离开电池单元——而是 在负极被还原回氧离子 (O2-) 并与氢离子 (H+) 结合形成水。因此，过充电正极产生的氧气通过负极的氧还原作用得到平衡。如果内部氧循环运行正常，不会有水的损失。

由于铅酸蓄电池内不可避免地会积累一定量的氢气，因此即使在电化学平衡电位下也无法实现完美的内部氧气循环。另一个问题是正极不可避免地会发生晶格腐蚀。这两种二次反应都限制了氧气在内部循环的效率，导致一定量的水分损失不可避免。对于密封式铅酸蓄电池而言，这构成了其与镍镉电池的主要区别点。

为了实现有效的内部充电/放电循环，氧气必须以气体形式到达负极。然而，在液态电解质中，这个过程会太慢。因此，可以通过添加二氧化硅 (SiO2) 凝胶（使其收缩并形成气体可以通过的缝隙）或酸被极细玻璃纤维（直径以微米(µm)计）的玻璃棉吸收来实现。在这些吸水玻璃棉中，气体可以通过电解质未填充的大孔隙通过。

在19世纪末期，人们就开始尝试用凝胶来制作静态电解质。与“干电池”的思路类似，其目的是即使容器破裂，也能防止硫酸的溢出。当时，没有人想到将这一方法应用于铅酸电池，但在1950年，一家名为“Sonnenschein”的电池公司重新拾起了这一想法，起初的目的是制造更小的防倾斜电池（这些电池配备了阀门，因此具备一些阀控铅酸电池的特征）。

在七十年代，开始使用厚度为微米级的玻璃纤维隔板，使阀控式铅酸蓄电池得到了更广泛的应用。这种材料最初是作为微滤材料设计的，但它能吸收硫酸电解液的能力使其也可以用作隔板，防止电极之间的短路，并同时固定电解液。该技术的另一个优点是，电池可以在传统工厂组装。此外，它们的内阻非常低，能够非常有效地提供高放电电流。到七十年代末，阀控式起动电池开始用于汽车。但由于各种原因，它们并未取得成功，而电池作为起动电源的优势也被忽视了。

然而，这种电池在电话安装中非常成功，并引发了一种趋势，即使用密封铅酸电池用于许多静态应用（例如，今天大多数不间断电源安装都配备了阀控铅酸电池）。这种成功不仅归功于它们低维护要求和低氢气产生量，还因为它们可以安全地放置在其他电子元件旁边，而不会泄漏出腐蚀性蒸汽。

阀控式铅酸蓄电池继续使用凝胶电解质，并在七十年代将相同原理应用于更大容量的电池。如今，凝胶电解质电池的单体容量可达3000安时，有各种型号适用于固定和/或移动应用。阀控式铅酸蓄电池在环保方面也有所进步，因为电解质被锁定在玻璃纤维隔板或硅酸凝胶中。

除了上述的具体发展之外，几十年来还有几个重要的、更一般的铅酸电池创新。

首先，使用硬橡胶或薄木块作为间隔物来隔开电极。1915年，一种由硬橡胶制成的多孔隔板获得了专利。1924年，德国用乳胶作为基础材料发明了类似的隔板。在两种情况下，目标都是使用弹性材料和填料来创造一个精确的孔系统。经过几次修改后，这些隔板至今仍在使用。1945年后，塑料成为隔板的主要材料，特别是聚氯乙烯和聚乙烯。同样，电池容器也越来越多地使用塑料制成，而不是玻璃或硬橡胶。

电子元件的不断改进为更好的充电技术铺平了道路。现在，汽车电池的平均充电状态可以提高，电池寿命也可以延长。固定电池的监控得到了改善，防止了意外的停电。在过去的几年里，这一趋势一直在继续，如今你可以获得 continuously 监控电池的设备。