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铅酸蓄电池的广泛应用与原理

时间:2022-12-11 16:44:01 点击:

铅酸蓄电池的广泛应用与原理

 

铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源,具有安全性高、电压平稳、原材料丰富、回收再生利用率高等优点,它也是世界上各类电池中用途,产量 大的一种电池,在我国通信、电力、汽车、航空等多个领域都有着广泛的应用。而在铅酸蓄电池的运行过程中,硫化问题是为常见的一种电池失效形式,当硫化问 题发生以后,不仅会增大蓄电池电阻,约束蓄电池容量,而且会对电池的正常使用寿命造成一定的影响,严重时甚会导致蓄电池提前报废。因此,必须加强对硫化 原因与生成机理的分析与研究,并采取有针对性的修复措施与修复

1 铅酸蓄电池的硫化机理

在正常工作条件下,铅酸蓄电池的正、负极板上中细小晶粒状的硫酸铅在充电时,会分别还原为二氧化铅和海绵状铅,其化学方程式为:

2PbSO4+2H2O→PbO2+Pb+2H2SO4

但是在异常情况下,蓄电池极板表面会逐渐生成一层白色粗晶粒的硫酸铅。由于这部分硫酸铅晶粒粗大、坚硬,不仅与电解液接触面积较小,而且导电性能极差, 会堵塞极板上的活性物质孔隙,使得电解液的深入非常困难,因而使得蓄电池的电阻增大,电荷量减小,电池的使用寿命也缩短。

2 铅酸蓄电池的硫化原因分析

2.1 蓄电池长期处于亏电状态

当蓄电池处于充满电量状态时,正、负极板上的硫酸铅几乎会*转换为二氧化铅和海绵状铅。而放电时,正负极板上的二氧化铅和海绵状铅又会重新发送电解反 应,逐渐生成硫酸铅。如果因蓄电池长期充电不足,极板上的硫酸铅会在温度升高时逐渐被溶解在电解液中,当温度下降时,已溶解的硫酸铅又会因电解液过饱和而 析出,析出的硫酸铅再结晶形成的粗晶粒附着在正、负极板表面,导板出现硫化。

2.2 蓄电池处于过放电状态

当蓄电池处于 过放电状态时,其正、负极板上生成的硫酸铅较多,参与溶解的也较多,电解液很容易达到饱和状态。当温度稍有降低时,硫酸铅便会因电解液过饱和而析出,并再 结晶导致硫化。同时,由于过放电状态通常是由于大电流放电所产生的,而在大电流放电过程中,蓄电池正、负极板中的活性物质会与硫酸之间迅速的发生化学反 应,并容易生成粗晶粒状的硫酸铅。

2.3 电解液液面过低

当蓄电池电解液液面过低时,会导致裸露在空气中的负极板出现氧化现象,极板的氧化部分与电解液重新接触后,即会产生粗晶粒状的硫酸铅。

2.4 电解液密度过大或有杂质

当蓄电池电解液密度过大时,硫酸铅的溶解会容易出现过饱和现象,导致硫酸铅因再结晶而产生极板的硫化。

当电解液中存在杂质,尤其是金属杂质时,在蓄电池放电过程中,这些物质就会吸附在负极板上,并得不到溶解,长时间结晶后便使得极板硫化。

3 铅酸蓄电池硫化的修复方法

对铅酸蓄电池不可逆硫酸盐化的修复,主要有以下几种方法:

3.1 过充电法

对于极板产生轻微硫化的铅酸蓄电池,可采用过充电法进行修复。即在正常充电结束后将蓄电池静止1~2小时,然后用初次充电第二阶段的充电电流进行连续充 电。当电解液产生大量气泡后停止充电再静止1~2小时,然后再按照上述方法进行充电。这样反复进行2~3次,直接通电源1~2分钟内电解液就出现大量气 泡为止。

3.2 大电流法

对于轻微硫化,还可采用大电流法进行修复。这种方法是在高电流密度(100mAem)下进行充电, 在高电流密度条件下,负极板所产生的负电势值较大,并远离零电荷点,从而改变了电极表面的符号,使得‘P一‘P(10)<0,极板表面有害的活性物 质就会脱落。同时,由于在高电流密度条件下充电时,蓄电池的极化和欧姆压降会增加,这部分减少的能力会转换为热能,使得电池内部温度升高,产生大量气体, 这也对附着在极板上的粗晶粒硫酸铅有一定的冲刷作用。大电流法的特点是方便快捷,能在短时间内恢复电池的性能,但由于该方法会使得活性物质受损严重,电池 容量在运行一段时间后又会重新下降。

3.3 水疗法

对于硫化程度普通,并不太严重的蓄电池修复,可采用水疗法。其作法是,将 蓄电池充满电以后,作一次10小时20小时的放电,到单格电池电压降低到1.8V为止,然后将蓄电池内的电解液全部倒出,并立即加入蒸馏水,静置2小 时,再用比以上放电电流值减少20%的电流继续充电,直电解液开始沸腾,电解液密度不再上升为止。按照上述方法重复进行2~3次,即可使所有极板恢复正 常。

3.4 碱水腐蚀法

对于硫化程度较为严重的铅酸蓄电池,可采用碱水腐蚀法。其作法是,将蓄电池放电以后,再取出硫化极板 组,抽出其隔板。然后放入浓度为5%的碱水中浸泡,从而使极板表面硫化层被腐蚀掉。在30分钟后即可取出,再使用蒸馏水清晰,然后插进隔板,放入电池内, 并添加入适宜密度的电解液即可。碱水腐蚀法对硫化严重的铅酸蓄电池的修复效果较好,但主要缺点是修复后蓄电池的容量会减小。

3.5 脉冲谐振法

从原子角度和固体物体学角度分析,当形成粗晶粒状的硫酸铅时,硫离子包含有8个原子的环形分子形态存在,而这8个原子的环形分子模式是一种很稳定的组 合,难以打破。而要打破硫酸铅分子层的束缚,就需要将原子的能级提升到一定的程度,而通过脉冲谐振提供能量就可以实现这一目的,即脉冲谐振法。

脉冲谐振法在铅酸蓄电池硫化修复中的应用,主要有两种方法。一种方法是在线脉冲修复,及将蓄电池的正、负极板与脉冲源进行并联,然后将脉冲输入到蓄电池 内部进行修复,该方法的能源消耗量较小,但修复速度较慢;另一种方法则是离线式脉冲修复,即采用蓄电池脉冲修复仪进行修复,常见的修复仪器有吴泰蓄电池智 能在线修复系统等。总体而言,由于脉冲谐振法只能将粗大晶粒状硫酸铅的部分打碎,而无法实现*分解,对电池硫化的修复效果并不太理想。

3.6 综合修复法

综合修复法是指将水疗法和脉冲谐振法进行结合应用的方法。利用脉冲谐振法,使粗大晶体的硫酸铅的外缘层被打破,并使其破碎成一定程度的细小晶粒,有利 于硫酸铅和电解液的充分接触;利用水疗法,则能充分恢复极板上的活性物质,并能时正、负极板表面清洁通畅,有效确保了电化学反应的顺利进行。