禁摩后助力電動(dòng)車已經(jīng)相當(dāng)普及，因此充電幾乎就是每天都會(huì)發(fā)生的事情，當(dāng)然好事的吃瓜群眾也有一個(gè)刁鉆的問題，根據(jù)質(zhì)能方程，充電是一個(gè)電池吸收電能的過程，理論上來看電瓶的質(zhì)量應(yīng)該會(huì)增加，但事實(shí)上大家都知道，充電只是一個(gè)電化學(xué)發(fā)生過程，質(zhì)量真的會(huì)增加嗎？下文以鉛酸電池為例來個(gè)簡(jiǎn)單說明。

鉛酸電池的結(jié)構(gòu)和充放電過程

鉛酸電池是一種歷史比較悠久的蓄電池，法國(guó)人普蘭特于1859年發(fā)明了鉛酸電池，經(jīng)過150年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)，比如汽車啟動(dòng)電池，機(jī)房UPS電池，甚至你家里的電動(dòng)助力車大都用的是鉛酸電池。

典型的鉛酸電池結(jié)構(gòu)

鉛酸電池的正極板主要成分是二氧化鉛，負(fù)極板的主要成分是鉛，充電狀態(tài)下，兩極的均有鉛轉(zhuǎn)換為硫酸鉛。單格鉛酸電池標(biāo)準(zhǔn)電壓是2V，我們常用的12V鉛酸電池是用6格2V的電池串聯(lián)而成，一般情況下12V的電池充滿電壓為13.5V以上，可以放電到10.8V，也可以深度放電，但損傷電池。

• 鉛酸電池充電過程

鉛酸電池充電時(shí)，正極的二氧化鉛材料在電解液（稀硫酸溶液）中水分子為媒介的作用下，與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)一氧化鉛，氫氧根離子在電解液中，鉛離子則留在了正極板上，正極的一氧化鉛中缺少電子！

鉛酸電池的負(fù)極材料是鉛，與電解溶液中的稀硫酸反應(yīng)生成鉛離子，轉(zhuǎn)移到電解液稀硫酸中，因此負(fù)極上多了兩個(gè)電子。

鉛酸電池的充電反應(yīng)過程

此時(shí)在接通正負(fù)極電極以前，正極板上缺少電子，而負(fù)極板上則有多余電子，兩極之間存在電位差，這就是鉛酸電池的電動(dòng)勢(shì)來歷！

• 鉛酸電池放電過程

放電時(shí)在兩極板子的電位差作用下，負(fù)極板上的電子經(jīng)過負(fù)載進(jìn)入正極從而形成電流，與此同時(shí)電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過程也同步開始，負(fù)極板上鉛原子釋放出兩個(gè)電子后生成鉛離子，和電解液中的硫酸根離子反應(yīng)生成硫酸鉛。正極板上的鉛離子獲得兩個(gè)電子后成為二價(jià)鉛離子，和電解液中的硫酸根離子反應(yīng)在極板上生成硫酸鉛。

鉛酸電池放電過程

放電時(shí)電解液中硫酸的濃度下降，正負(fù)極板上的硫酸鉛增加，鉛酸電池的內(nèi)阻加大，電池電動(dòng)勢(shì)降低，負(fù)載帶動(dòng)能力下降。

鉛酸電池的充放電過程中質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化嗎？

從點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)過程角度來看，充放電前后電池的質(zhì)量是一致的，因?yàn)樵诔潆娺^程中盡管有電子流經(jīng)電池，但電池卻不會(huì)多截留一個(gè)，當(dāng)然放電時(shí)電池也不會(huì)少一個(gè)電子，假如將電池看成是一個(gè)封閉系統(tǒng)的話，里面啥都沒有增加，當(dāng)然也沒有減少，因此從質(zhì)量守恒角度來看，充放電前后電池質(zhì)量是一致的！

但事實(shí)上這中間已經(jīng)發(fā)生了能量交換，鉛酸電池的充電效率大約是80%（鋰離子電池可以大于97%），愛因斯坦的質(zhì)能方程告訴我們，有能量發(fā)生的地方必定會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量變化，因此我們可以考慮下這個(gè)充電過程會(huì)產(chǎn)生多大的質(zhì)量變化。

一節(jié)12V/100AH的UPS電池，其理論存放的電能約1200瓦/H，也就是1/3度電左右，如果按80%的效率計(jì)算，那么充電需要消耗大約1500瓦/H。

按1度(1kw·h)=3.6×10^6焦耳(J)計(jì)算，電池被充入的能量為1.2×10^6焦耳

電源消耗的總能量為：1.5×10^6焦耳。

那么E=mc2可以計(jì)算出總質(zhì)量為：1.66×10^-11千克

電池獲得的質(zhì)量為1.34×10^-11千克

看起來電池還是變重了，盡管這個(gè)質(zhì)量是任何一臺(tái)天平都稱不出來的。

電池的質(zhì)量真的增加了嗎？

其實(shí)您不要以為這事就完了，其實(shí)還沒有，因?yàn)殡姵刈罱K的質(zhì)量最終還是減少了，因?yàn)殡姵卦诔浞烹娺^程中會(huì)發(fā)熱導(dǎo)致電解液蒸發(fā)損失，另外還有一個(gè)電解的過程，這也導(dǎo)致氫氣溢出，這可是一個(gè)危險(xiǎn)的信號(hào)，因?yàn)闅錃獾谋ㄅ葹?%-75.6%，范圍極寬，當(dāng)然你無需擔(dān)心在家充電的電動(dòng)車會(huì)在充電過程中氫氣溢出，因?yàn)閷?shí)在是太微量了，但蓄電池室的氫氣溢出還是必須要考慮的。

大型電池室必須有良好通風(fēng)

另外一個(gè)就是發(fā)熱導(dǎo)致的水分蒸發(fā)，鉛酸蓄電池的電解液硫酸濃度大致為1/3（硫酸：水），使用時(shí)間久了需要加蒸餾水，這就是水分蒸發(fā)或電解損失，這是可測(cè)量的質(zhì)量，而因?yàn)槌潆娫黾拥哪芰繀s只是理論可計(jì)算值，因此從宏觀來看，蓄電池的質(zhì)量還是減少了，而且充電一次少一次！