放电温度

放电温度

蓄电池放电容量与温度有关,规定蓄电池额定容量的基准温度有25℃、20℃两种。 电池的容量和周围的温度有着密切的联系，就是存在反比函数的关系。我们看到电池上表明的容量是按照标准温度（气温）摄氏25℃计算的。当温度每下降1℃时，相对容量大约下降0.8%。这就不难解释为什么电动车电池在冬天的容量会变小了。如果掌握了容量和温度的关系，在电池修复过程中，对于判断修复结果有重要意义。比如气温或周围温度0℃时修复后的电池5A放电达到100分钟，不考虑环境温度这个因素，那么计算出的容量约为8AH左右，但是由于环境温度比标准温度低25℃,电池本身的容量已下降了20%左右，如果加上这个因素，经过计算这块电池应该达到标准电池容量10AH。2100433B

电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有时有微弱的辉光；当导体上有曲率半径很小的尖端存在时，则发生电晕放电。电晕放电可能指向其他物体也可能不指向某一特定方向。电晕放电时，尖端附近的场强很强，尖端附近气体被电离，电荷可以离开导体；而远离尖端处场强急剧减弱，电离不完全，因而只能建立起微小的电流。电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有时有微弱的辉光。电晕放电可以是连续放电，也可以是不连续的脉冲放电。电晕放电的能量密度远小于火花放电的能量密度。在某些情况下，如果升高尖端导体的电位，电晕会发展成为通向另一物体的火花。

形成电晕所需电场不均匀的程度与气体的种类有很大关系。在负电性的气体中，当电极为球一平面、电极间隙为球半径时，产生电晕放电。相反，若气体为非负电性气体时，则不产生电晕放电。

电晕放电的极性决定于具有小曲率半径电极的极性。如果曲率半径小的电极带正电位，则发生正电晕放电，反之发生负电晕放电。此外，按提供的电压类型也可将电晕放电分为直流电晕、交流电晕和高频电晕。按出现电晕电极的数目分为单极电晕、双极电晕和多极电晕。

大气压下辉光放电(APGD)

经过近20年的发展，低气压低温等离子体已取得了很大进展。但由于其运行需抽真空、设备投资大、操作复杂、不适于工业化连续生产，限制了它的广泛应用。低气压下的辉光放电虽然可以处理这些材料，但存在成本、处理效率等问题，无法规模化应用于纺织品的表面处理。长期以来人们一直在努力实现大气压下的辉光放电(APGD)。

1933年德国Von Engel首次报道了研究结果 ，利用冷却的裸电极在大气压氢气和空气中实现了辉光放电，但它很容易过渡到电弧，并且必须在低气压下点燃，即离不开真空系统。1988年，Kanazawa等人报道了在大气压下使用氦气获得了稳定的APGD的研究成果，并通过实验总结出了产生APGD要满足的三个条件：（1）激励源频率需在1kHz以上；（2）需要双介质DBD；（3）必须使用氦气气体。此后，日本的Okazaki、法国的Massines和美国的Roth研究小组分别采用DBD的方法，用不同频率的电源和介质，在一些气体和气体混合物中宣称实现了大气压下“APGD”。1992年，Roth小组在5mm氦气间隙实现了APGD，并声称在几个毫米的空气间隙中也实现了APGD, 主要的实验条件为湿度低于15% 、气体流速50l/min、频率为3kHz的电源并且和负载阻抗匹配。他们认为“离子捕获”是实现APGD的关键。Roth等人用离子捕获原理解释APGD，即当所用工作电压频率高到半个周期内可在极板之间捕获正离子，又不高到使电子也被捕获时，将在气体间隙中留下空间电荷，它们影响下半个周期放电，使所需放电场强明显降低，有利于产生均匀的APGD。他们在实验室的一台气体放电等离子体实验装置中实现了Ar、He和空气的“APGD”。1993年Okazaki小组利用金属丝网（丝直径0.035mm，325目）电极为PET膜（介质）、频率为50Hz的电源，在1.5mm的气体（氩气、氮气、空气）间隙中做了大量的实验，并宣称实现了大气压辉光放电。根据电流脉冲个数及Lisajous图形（X轴为外加电压，Y轴为放电电荷量）的不同，他们提出了区分辉光放电和丝状放电的方法，即若每个外加电压半周期内仅1个电流脉冲，并且Lisajous图形为两条平行斜线，则为辉光放电。若半周期内多个电流脉冲，并且Lisajous图形为斜平行四边形，则为丝状放电。法国的Massines小组、加拿大的Radu小组和俄罗斯的Golubovskii小组对APGD的形成机理也进行了比较深入的研究工作。Massines小组对氦气和氮气的APGD进行了实验研究和数值模拟 ，除了测量外加电压和放电电流之外，他们用曝光时间仅10ns的ICCD相机拍摄了时间分辨的放电图像，用时空分辨的光谱测量记录了放电等离子体的发射光谱，并结合放电过程的一维数值模拟，他们认为，氮气中的均匀放电仍属于汤森放电，而氦气中均匀放电才是真正意义上的辉光放电，或亚辉光放电。他们还认为，得到大气压下均匀放电的关键是在较低电场下缓慢发展大量的电子雪崩。因此，在放电开始前间隙中必须存在大量的种子电子，而长寿命的亚稳态及其彭宁电离可以提供这些种子电子。根据10ns暴光的ICCD拍摄的放电图像，Radu小组发现，在大气压惰性气体He、Ne、Ar、Krypton的DBD间隙中，可以实现辉光放电。

从上个世纪末，国内许多单位如科罗纳实验室、清华大学、大连理工大学、华北电力大学、西安交通大学、华中科技大学、中科院物理所、河北师范大学等先后开始了对APGD的研究。由于APGD在织物、镀膜、环保、薄膜材料等技术里域有着诱人的工业化应用前景，在大气压下和空气中实现辉光放电产生低温等离子体一直是国内外学者探寻的研究重点和热点。2003年，国家自然科学基金委员会将“大气压辉光放电”列为国家重点研究项目。APGD的研究也取得了一些进展，如He、Ne、Ar、Krypton惰性气体在大气压下基本实现了APGD，空气也已经实现了用眼睛看上去比较均匀的准“APGD”。

对APGD的研究结果和认识是仁者见仁，智者见智。APGD的研究方兴未艾，已经受到国内外许多大学和研究机构的广泛重视。由于大气压辉光放电还没有一个认可标准，许多实验所看到的放电现象和辉光放电很相似即出现视觉特征上呈现均匀的“雾状”放电，而看不到丝状放电，但这种放电现象是否属于辉光放电还没有共识和定论。

次大气压下辉光放电(HAPGD)

由于大气压辉光放电技术虽有报道但技术还不成熟，没有见到可用于工业生产的设备。而次大气压辉光放电技术则已经成熟并被应用于工业化的生产中。次大气压辉光放电可以处理各种材料，成本低、处理的时间短、加入各种气体的气氛含量高、功率密度大、处理效率高。可应用于表面聚合、表面接枝、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成及各种粉、粒、片材料的表面改性和纺织品的表面处理。次大气压下辉光放电的视觉特征呈现均匀的雾状放电；放电时电极两端的电压低而功率密度大；处理纺织品和碳纤维等材料时不会出现击穿和燃烧并且处理温度接近室温。次大气压辉光放电技术可用于低温材料、生物材料、异型材料的表面亲水处理和表面接枝、表面聚合、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成等工艺。由于是在次大气压条件下的辉光放电，处理环境的气氛浓度高，电子和离子的能量可达10eV以上。材料批处理的效率要高于低气压辉光放电10倍以上。 可处理金属、非金属、（碳）纤维、金属纤维、微粒、粉末等。

由图1可见，蓄电池放电时端电压的变化也分为3个阶段。在放电初始的很短时间内，端电压急剧下降，然后端电压缓慢下降，当接近放电终期时，蓄电池的端电压又在很短时间内迅速下降。当电压降到一定值(1.8V左右)时，必须停止放电，否则会导致铅蓄电池极板硫化，缩短其使用寿命。其中第二阶段维持时间越长，铅蓄电池的特性越好。

在放电之前，蓄电池极板上活性物质微孔中硫酸溶液的密度与本体溶液的密度相等，电池的电压为开路电压。

在放电初期，极板微孔中硫酸首先被消耗，微孔内溶液密度立即下降，而本体溶液中的硫酸向微孔内扩散的速度很慢，不能立即补充所消耗的硫酸，使微孔中硫酸浓度下降，故本体溶液与微孔中的溶液形成较大的浓度差，即此阶段的浓差极化较大，结果导致电池端电压明显下降(oa段)。随着浓度差的增大，使硫酸的扩散速度增加，当电极反应消耗硫酸的速度与硫酸扩散的速度相等时，此阶段结束。

在放电中期，由于电子移动速度、电极反应速度与硫酸扩散速度基本达成一致，即极化引起的超电压基本稳定。因此，这个阶段蓄电池的端电压主要与电池的电动势和欧姆内阻有关。而电动势与电解液的浓度有关，所以蓄电池端电压随电解液浓度的逐渐减小和欧姆内阻的逐渐增大而缓慢下降(ab段)。

在放电后期，蓄电池正、负极板上的活性物质逐渐转变成硫酸铅，并逐步向极板深处扩展，使极板活性物质微孔被体积较大的硫酸铅阻塞，本体溶液中的硫酸向微孔内扩散变得越来越困难，导致微孔中硫酸的密度急剧下降，因此浓差极化也急剧增大。此外，放电产物硫酸铅是不良导体，使电池欧姆内阻增大，所以此阶段的端电压下降速度很快(be段)。

当端电压下降到C点后，如果再继续放电，端电压下降的速度更快(cd段)。这是因为微孔中的硫酸浓度由于得不到补充已降至很低，使放电反应无法进行。所以C点为蓄电池端电压急剧下降的临界点，即放电终止电压(1.8V左右)，此时应立即停止放电。

当停止放电后，放电反应不再发生，蓄电池本体溶液中的硫酸逐渐向微孔中扩散，使微孔中的溶液浓度逐渐上升，并最终与本体溶液的浓度相等，使电池的开路电压逐渐上升并稳定在2V左右(ce段)。