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铅酸蓄电池的失效机理

2012-06-25   |  来源:www.yzc366.com

  铅酸电池的失效研究对于电源系统的安全运行具有重要的意义,大家对这一问题进行一下概要的讨论,以使读者对这一问题有一个概要的认识。

  1.1电池失水

  铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高、导致电池正极栅板的腐蚀,使电池的活性物质减少,从而使电池的容量降低而失效。

  铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。当充电达到一定电压时(一般在2.30V/单体以上)在蓄电池的正极上放出氧气,负极上放出氢气。一方面释放气体带出酸雾污染环境,另一方面电解液中水份减少,必须隔一段时间进行补加水维护。阀控式铅酸蓄电池就是为克服这些缺点而研制的产品,其产品特点为:

  (1)采用多元优质板栅合金,提高气体释放的过电位。即普通蓄电池板栅合金在2.30V/单体(25℃)以上时释放气体。采用优质多元合金后,在2.35V/单体(25℃)以上时释放气体,从而相对减少了气体释放量。

  (2)让负极有多余的容量,即比正极多出10%的容量。充电后期正极释放的氧气与负极接触,发生反应,重新生成水,即O2+2Pb→2PbO,PbO+H2SO4→H2O+PbSO4使负极由于氧气的作用处于欠充电状态,因而不产生氢气。这种正极的氧气被负极铅吸取,再进一步化合成水的过程,即所谓阴极吸取。

  (3)为了让正极释放的氧气尽快流通到负极,必须采用和普通铅酸蓄电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新超细玻璃纤维隔板。其孔率由橡胶隔板的50%提高到90%以上,从而使氧气易于流通到负极,再化合成水。另外,超细玻璃纤维板具有吸附硫酸电解液的功能,因此阀控式密封铅酸蓄电池采用贫液式设计,即使电池倾倒,也无电解液溢出。

  (4)采用密封式阀控滤酸结构,使酸雾不能逸出,达到安全、保护环境的目的。

  在上述阴极吸取过程中,由于产生的水在密封情况下不能溢出,因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护,这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维电池的由来。

  阀控式密封铅酸蓄电池均加有滤酸垫,能有效防止酸雾逸出。但密封蓄电池不逸出气体是有条件的,即:电池在存放期间内应无气体逸出;充电电压在2.35V/单体(25℃)以下应无气体逸出;放电期间内应无气体逸出。但当充电电压超过2.35V/单体时就有可能使气体逸出。因为此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸取,压力超过某个值时,便开始通过单向排气阀排气,排出的气体虽然经过滤酸垫滤掉了酸雾,但必竟使电池损失了气体,所以阀控式密封铅酸蓄电池对充电电压的要求是非常严格的,不能造成过充电。

  1.2负极板硫酸化

  电池负极栅板的主要活性物质是海棉状铅,电池充电时负极栅板发生如下化学反应PbSO4+2e=Pb+SO4-,正极上发生氧化反应:PbSO4+2H2O=PbO2+4H++SO4-+2e,放电过程发生的化学反应是这一反应的逆反应,当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时,在电池的正负极栅板上就有Pb存在,PbSO4长期存在会失去活性,不能再参与化学反应,这一现象称为活性物质的硫酸化,硫酸化使电池的活性物质减少,降低电池的有效容量,也影响电池的气体吸取能力,久之就会使电池失效。

  为防止硫酸化的形成,电池必须经常保持在充足电的状态。

  1.3正极板腐蚀

  由于电池失水,造成电解液比重增高,过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀,使正极板孔隙率增高,电解液相对变少,极板活性物质变少,电池容量变低。防止极板腐蚀必须注意防止电池失水现象发生。

  1.4热失控

  热失控是指蓄电池在恒压充电时,充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用,并逐步损坏蓄电池。造成热失控的根本原因是:

  普通富液型铅酸蓄电池由于在正负极板间充满了液体,无间隙,所以在充电过程中正极产生的氧气不能到达负极,从而负极未去极化,较易产生氢气,随同氧气逸出电池。

  因为不能通过失水的方式散发热量,VRLAB电池过充电过程中产生的热量多于富液型铅酸蓄电池。较易发生热失控。

  浮充电压应合理选择。浮充电压是蓄电池长期使用的充电电压,是影响电池寿命至关重要的因素。一般情况下,浮充电压定为2.23V/单体(25℃)比较合适。如果不按此浮充范围工作,而是采用2.35V/单体(25℃),则连续充电4个月就会出现热失控;或者采2.30V/单体(25℃),连续充电6~8个月就会出现热失控;要是采用2.28V/单体(25℃),则连续12~18个月就会出现严重的容量下降,进而导致热失控。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气,电池容量下降,最后失效。

  

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