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兩種閥控式密封鉛蓄電池的分析
兩種閥控式密封鉛蓄電池的分析
當(dāng)今閥控式密封鉛蓄電池有兩類，即分別采用玻璃纖維隔板和硅凝膠二種不
當(dāng)今閥控式密封鉛蓄電池有兩類，即分別采用玻璃纖維隔板和硅凝膠二種不同方式來(lái)“固定”硫酸電解液。它們都是應(yīng)用陰極吸收原理使電池得以密封的，但給陽(yáng)極析出的氧抵達(dá)陰極提供的通道是不同的，因此二種電池的性能各有所長(zhǎng)。
1 歷史的簡(jiǎn)單回憶
鉛酸蓄電池從問(wèn)世到往常，不斷是軍用民用范疇中運(yùn)用普遍的化學(xué)電源。由于它運(yùn)用硫酸電解液，運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)有酸液流出，充電時(shí)會(huì)有酸霧析出來(lái)，對(duì)環(huán)境和設(shè)備形成損傷，人們就試圖將電解液“固定”起來(lái)，將電池“密封”起來(lái)，于是運(yùn)用膠體電解液的鉛酸蓄電池應(yīng)運(yùn)而生。
初期的膠體鉛蓄電池運(yùn)用的膠體電解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干態(tài)鉛蓄電池中。這樣固然到達(dá)了“固定”電解液或減少酸霧析出的目的，但卻使電池的容量較原來(lái)運(yùn)用自在電解液時(shí)的電池容量要低20%左右，因此沒(méi)有被人們所承受。
我國(guó)在50年代也展開(kāi)了初期膠體電池的研制工作，到60年代末也就根本上中止了。但是70年代后期至80年代，國(guó)內(nèi)又有一些非電池行業(yè)界的人應(yīng)用媒體大肆宣揚(yáng)本人創(chuàng)造了固體電解質(zhì)的鉛蓄電池，聲稱使電池容量和壽命進(jìn)步1倍。這種經(jīng)不起
事實(shí)檢驗(yàn)的肥皂泡式的“創(chuàng)造發(fā)明”，不只未能使鉛蓄電池性能有所進(jìn)步，而且還敗壞了膠體蓄電池的名聲。
簡(jiǎn)直在研制膠體電池的同時(shí)，采用玻璃纖維隔閡的陰極吸收式密封鉛蓄電池卻降生了，它不但使鉛蓄電池消弭了酸霧，而且還表現(xiàn)出內(nèi)阻小、大電放逐電特性好的優(yōu)點(diǎn)。因此在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，特別是原來(lái)運(yùn)用固定型鉛蓄電池的場(chǎng)所，得到了疾速的推行和應(yīng)用，于是人們就把膠體鉛蓄電池拋在腦后了。
80年代，德國(guó)陽(yáng)光公司的膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，多年來(lái)運(yùn)用效果標(biāo)明它的性能的確不同于以前的膠體鉛蓄電池。這就迫使人們要重新認(rèn)識(shí)膠體鉛蓄電池。
本文將依據(jù)近年來(lái)的兩種閥控式密封鉛蓄電池的研制、消費(fèi)和運(yùn)用效果對(duì)它們停止比擬，供選用電池的同事們作參考。
2 電池的工作原理
不管是采用玻璃纖維隔閡的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡(jiǎn)稱AGM密封鉛蓄電池)還是采用膠體電解液的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡(jiǎn)稱膠體密封鉛蓄電池)，它們都是應(yīng)用陰極吸收原理使電池得以密封的。
電池充電時(shí)，正極會(huì)析出氧氣，負(fù)極會(huì)析出氫氣。正極析氧是在正極充電量到達(dá)70%時(shí)就開(kāi)端了。
析出的氧抵達(dá)負(fù)極，跟負(fù)極起下述反響，到達(dá)陰極吸收的目的。
2Pb十O2=2PbO
2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20
負(fù)極析氫則要在充電到90%時(shí)開(kāi)端，再加上氧在負(fù)極上的復(fù)原作用及負(fù)極自身氫過(guò)電位的進(jìn)步，從而防止了大量析氫反響。
對(duì)AGM密封鉛蓄電池而言，AGM隔閡中固然堅(jiān)持了電池的大局部電解液，但必需使10%的隔閡孔隙中不進(jìn)入電解液。正極生成的氧就是經(jīng)過(guò)這局部孔隙抵達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的。
對(duì)膠體密封鉛蓄電池而言，電池內(nèi)的硅凝膠是
以SiQ質(zhì)點(diǎn)作為骨架構(gòu)成的三維多孔網(wǎng)狀構(gòu)造，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進(jìn)一步收縮，使凝膠呈現(xiàn)裂痕貫串于正負(fù)極板之間，給正極析出的氧提供了抵達(dá)負(fù)極的通道。
由此看出，兩種電池的密封工作原理是相同的，其區(qū)別就在于電解液的“固定”方式和提供氧氣抵達(dá)負(fù)極通道的方式有所不同。
3 電池構(gòu)造和工藝上的主要差別
AGM密封鉛蓄電池運(yùn)用純的硫酸水溶液作電解液，其密度為1.29—1.3lg/cm3。除了極板內(nèi)部吸有一局部電解液外，其大局部存在于玻璃纖維膜之中。為了給正極析出的氧提供向負(fù)極的通道，必需使隔閡堅(jiān)持有10%的孔隙不被電解液占有，即貧液式設(shè)計(jì)。為了使極板充沛接觸電解液，極群采用緊裝配的方式。
另外，為了保證電池有足夠的壽命，極板應(yīng)設(shè)計(jì)得較厚，正板柵合金采用Pb'-q2w-Srr--A1四元合金。
膠體密封鉛蓄電池的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低，通常為1.26～1.28g/cm3。電解液的量比AGM式電池要多20%，跟富液式電池相當(dāng)。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充溢在隔閡中及正負(fù)極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著，不會(huì)流出電池。
由于這種電池采用的是富液式非緊裝配構(gòu)造，正極板柵資料能夠采用低銻合金，也能夠采用管狀電池正極板。同時(shí)，為了進(jìn)步電池容量而又不減少電池壽命，極板能夠做得薄一些。電池槽內(nèi)部空間也能夠擴(kuò)展一些。
4 電池放電容量
初期的膠體蓄電池的放電容量只要富液式電池的80%左右，這是由于運(yùn)用性能較差的膠體電解液直接灌人未加改動(dòng)的富液式電池之中，電池的內(nèi)阻較大，電解質(zhì)中離子遷移艱難惹起的。
近來(lái)的研討工作標(biāo)明，改良膠體電解液配方，控制膠粒大小，摻人親水性高分子添加劑，降低膠液濃度進(jìn)步浸透性和對(duì)極板的親合力，采用真空灌裝工藝，用復(fù)合隔板或AGM隔板取代橡膠隔板，進(jìn)步電池吸液性；取消電池的沉淀槽，適度增大極板面積活性物質(zhì)的含量，結(jié)果可使膠體密封電池的放電容量到達(dá)或接近啟齒式鉛蓄電池的程度。
AGM式密封鉛蓄電池電解液量少，極板的厚度較厚，活性物質(zhì)應(yīng)用率低于啟齒式電池，因此電池的放電容量比啟齒式電池要低10%左右。與當(dāng)今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。
5 電池內(nèi)阻及大電放逐電才能鉛蓄電池的內(nèi)阻是由歐姆內(nèi)阻、濃差極化內(nèi)阻、電化學(xué)極化內(nèi)阻組成的。前者包括極板、鉛零件、電解液、隔極電阻。AGM密封鉛蓄電池所用的玻璃纖維隔板具有90%的孔率，硫酸吸附其內(nèi)，且電池采用緊裝配方式，離子在隔板內(nèi)擴(kuò)散和電遷移遭到的障礙很小，所以AGM密封鉛蓄電池具有低內(nèi)阻特性，大電流快速放電才能很強(qiáng)。
膠體密封鉛蓄電池的電解液是硅凝膠，固然離子在凝膠中的擴(kuò)散速度接近在水溶液中的擴(kuò)散速度，但離子的遷移和擴(kuò)散要遭到凝膠構(gòu)造的影響，離子在凝膠中擴(kuò)散的途徑越彎曲，構(gòu)造中孔隙越狹窄，所遭到的障礙也越大。因此膠體密封鉛蓄電池內(nèi)阻要比AGM密封鉛蓄電池要大。
但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明膠體密封鉛蓄電池的大電放逐電性能依然很好，完整滿足有關(guān)規(guī)范中對(duì)密封電池大電放逐電性能的請(qǐng)求。這可能是由于多孔電極內(nèi)部及極板左近液層中的酸和其他有關(guān)離子的濃度在大電放逐電時(shí)起到關(guān)鍵性的作用。
6 熱失控
熱失控指的是：電池在充電后期(或浮充狀態(tài))由于沒(méi)有及時(shí)調(diào)整充電電壓，使電池的充電電流和溫度發(fā)作一種累積性的互相加強(qiáng)作用，此時(shí)電池的溫度急劇上升，從而招致電池槽收縮變形，失水速度加大，以至電池?fù)p壞。
上述現(xiàn)象是AGM密封鉛蓄電池在運(yùn)用不當(dāng)時(shí).
而呈現(xiàn)的一種具有很大毀壞性的現(xiàn)象。這是由于AGM密封鉛蓄電池采用了貧液式緊裝配設(shè)計(jì)，隔板中必需堅(jiān)持10%的孔隙不準(zhǔn)電解液進(jìn)入，因此電池內(nèi)部的導(dǎo)熱性差，熱容量小。充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧抵達(dá)負(fù)極和負(fù)極鉛反響時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，如不及時(shí)導(dǎo)走，則會(huì)使電池溫度升高；如若沒(méi)有及時(shí)降低充電電壓，則充電電流就會(huì)加大，析氧速度增大，又反過(guò)來(lái)使電池溫度升高。如此惡性循環(huán)下去，就會(huì)惹起熱失控現(xiàn)象。
關(guān)于啟齒式鉛蓄電池而言，由于不存在陰極吸收氧氣現(xiàn)象，再加上其電解液量比擬大，電池散熱容易，熱容量也大，當(dāng)然不會(huì)呈現(xiàn)熱失控現(xiàn)象。膠體密封鉛蓄電池的電解液量用得和啟齒式鉛蓄電池相當(dāng)，極群四周及與槽體之間充溢凝膠電解質(zhì)，有較大的熱容量和散熱性，不會(huì)產(chǎn)生熱量積聚現(xiàn)象。
德國(guó)陽(yáng)光公司的膠體密封鉛蓄電池進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)已有十余年，幾家代理商均說(shuō)沒(méi)有聽(tīng)到用戶反映電池有熱失控現(xiàn)象。
7 運(yùn)用壽命
影響閥控式密封鉛蓄電池運(yùn)用壽命的要素很多，既有電池設(shè)計(jì)和制造方面的要素，又有用戶運(yùn)用和維護(hù)條件方面的要素。就前者而言，正極板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度乃是兩個(gè)主要的要素。由于正板柵的厚度加大，采用Pb—Ca—Sn--A1四元耐蝕合金，則依據(jù)板柵腐蝕速度推算，電池的運(yùn)用壽命可達(dá)10～15年。但是從電池運(yùn)用結(jié)果來(lái)看，水損耗速度卻成為影響密封電池運(yùn)用壽命的關(guān)鍵性要素。
關(guān)于AGM密封鉛蓄電池而言，由于采用貧液式設(shè)計(jì)，電池容量對(duì)電解液量極為敏感。電池失水10%，容量將降低20%；損失25%水份，電池壽命完畢。但是膠體密封鉛蓄電池采用了富液式設(shè)計(jì)，電解液密度比AGM密封鉛蓄電池低，降低了板柵
合金腐蝕速度；電解液量也比后者多15%～20%，對(duì)失水的敏理性較低。這些措施均有利于延長(zhǎng)電池運(yùn)用壽命。依據(jù)德國(guó)陽(yáng)光公司提供的材料，膠體電解液所含的水量足以使電池運(yùn)轉(zhuǎn)12～14年。電池投入運(yùn)轉(zhuǎn)的一年，水損耗4%—5%，隨后逐年減少，4年之后總的水耗損只要2%。OP2V型密封電池在2.27V/單體條件下浮充運(yùn)轉(zhuǎn)10年后，其容量還有90%。從國(guó)內(nèi)一些郵電通訊部門的反映來(lái)看，固然陽(yáng)光公司的膠體密封鉛蓄電池售價(jià)較高，但其運(yùn)用壽命卻善于國(guó)產(chǎn)的AGM密割·鉛蓄電池。
8 復(fù)合效率
復(fù)合效率是指充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧氣被負(fù)極吸收復(fù)合的比率。充電電流、電池溫度、負(fù)極特性和氧氣抵達(dá)負(fù)極的速度等要素，均會(huì)影響密封電池的氣體復(fù)合效率。
依據(jù)德國(guó)陽(yáng)光公司提供的膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品闡明書引見(jiàn)，膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品運(yùn)用初期，氧復(fù)合效率較低，但運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)月之后，復(fù)合效率可達(dá)95%以上。這種現(xiàn)象也能夠從電池的失水速度得到考證，膠體密封鉛蓄電池運(yùn)轉(zhuǎn)一年失水速度
較大，到達(dá)4%～5%，以后逐步減少。形成上述特性的主要緣由，看來(lái)膠體電解質(zhì)在構(gòu)成初期，內(nèi)部沒(méi)有或極少有裂痕，沒(méi)有給正極析出的氧提供足夠的通道。隨著膠體的逐步收縮，則會(huì)構(gòu)成越來(lái)越多的通道，那么氧氣的復(fù)合效率必然逐步進(jìn)步，水損耗也必然減少。
AGM式密封鉛蓄電池隔閡中有不飽和空隙，提供了大量的氧氣通道，因此其氧氣復(fù)合效率很高，新電池能夠到達(dá)98%以上。
9 選用名副其實(shí)的膠體密封鉛蓄電池
以上談及的膠體密封鉛蓄電池的一些特性，乃是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外新一代膠體密封鉛蓄電池才具有的性質(zhì)。這種電池運(yùn)用的膠體電解質(zhì)在性能上有別于早期膠體電池運(yùn)用的膠體電解質(zhì)，后者是用普通水玻璃制成的，或由普通市售的硅溶膠配成的。此外，新一代膠體密封鉛蓄電池的構(gòu)造和選材上也不同于普通的鉛蓄電池。
從目前的國(guó)內(nèi)外技術(shù)開(kāi)展程度來(lái)看，做一個(gè)膠體鉛蓄電池是不難的，但是要做一個(gè)好的膠體密封鉛蓄電池卻是不容易的，其中的技術(shù)竅門是任何廠家都不愿透露的。用戶在選用膠體密封鉛蓄電池。時(shí)，務(wù)必當(dāng)心從事。
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