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更新時(shí)間:2022-09-19 09:31:29瀏覽次數(shù):600

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在高性價(jià)比的化學(xué)電源中,誕生了150多年的鉛酸蓄電池,,在目前的應(yīng)用中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,。但隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快,用戶和環(huán)境也對(duì)于鉛酸蓄電池的性能寄予了更多的期望(例如高能量密度,、高可靠性,、快速充電接受性能、高率放電性能,、節(jié)能低碳,、更低總擁有成本等),而傳統(tǒng)型的鉛酸蓄電池技術(shù)已經(jīng)逐漸在這些新的技術(shù)期待面前捉襟見肘,;此外,,傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池在制造之初,為了便于加工及提高機(jī)械強(qiáng)度,,不得不在板柵中加入其它金屬形成合金結(jié)構(gòu),,但是合金形成后,一方面固然增加了加工的便利性,。但另一方面也導(dǎo)致電池極板在使用過程中腐蝕加快,、電池的自放電率增大、使用過程中失水較快,、內(nèi)阻變大等問題,?;谝陨闲枨蠛蛦栴},不添加任何合金的純鉛薄極板(Thin Plate Pure Lead,,TPPL)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,。

純鉛薄極板電池zui初由美國Gates公司研發(fā)成功并申報(bào)了保護(hù),zui早的研發(fā)方向是應(yīng)用于航空設(shè)備電源系統(tǒng)的卷繞式圓柱形電池,,由于高純度的金屬鉛板柵(純度約99.99%)較軟,,制造工藝難度非常大,該技術(shù)并未得到大面積推廣,。由于純鉛技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì),,后來部分國外廠家投入大量的精力,結(jié)合蓄電池領(lǐng)域應(yīng)用工況,,進(jìn)行了長時(shí)間的研發(fā)試制,,同時(shí)也優(yōu)化了純鉛薄極板的電化學(xué)體系、提高充放電接受能力,,通過特殊的生產(chǎn)工藝及采用全自動(dòng)化的工裝機(jī)器人生產(chǎn)出適宜于工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的板式(Plate)純鉛薄極板電池并成功的將其進(jìn)行商業(yè)化,。

TPPL技術(shù)作為化學(xué)電源中的新型技術(shù),它既不同于傳統(tǒng)型鉛酸蓄電池的膠體(Gel)技術(shù),,也不*等同于普通型鉛酸蓄電池的AGM(AbsorbedGlassMat)技術(shù),;純鉛薄極板技術(shù)從電池的基本材料(包括外殼)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、電化學(xué)性能,、制造工藝及質(zhì)量控制都與傳統(tǒng)產(chǎn)品有著很大的差別,體現(xiàn)了化學(xué)電源技術(shù)發(fā)展的zui高水平,。

1 純鉛薄極板技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

(1) 純鉛板柵

純鉛板柵通常采用高純度的原生態(tài)鉛再提純后經(jīng)碾壓,、沖壓制成正負(fù)極板柵鉛帶,與傳統(tǒng)的重力澆鑄型鉛鈣錫合金板柵不同,,純鉛板柵的晶格更為致密,,即便在高溫環(huán)境之下也更耐腐蝕(見圖1);同時(shí)相比于合金板柵,,其析氫過電位更高,,更有效地減少蓄電池在充電過程中電解失水。

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(2) 超薄型極板

相對(duì)于傳統(tǒng)的鉛鈣合金電池極板,,純鉛薄極板電池極板厚度僅有1mm左右(見表1),,在同等的空間內(nèi)可以放入更多的極板,提高了極板反應(yīng)接觸總面積(如圖2),,從而使得純鉛電池在快速充電和高功率放電時(shí)性能表現(xiàn)極其優(yōu)異。

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(3) 極板預(yù)防短路設(shè)計(jì)

由于純鉛薄極板電池極板非常薄,,加之純度高,,極板本身較軟,容易變形;純鉛薄極板采用了特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,極板表面增加耐酸,、耐熱的防短路防脫落材料,一方面保證電解液中荷電離子的移動(dòng),,另一方面有效避免了超薄型極板容易變形導(dǎo)致短路,、充填進(jìn)板柵的活性物質(zhì)因大電流負(fù)載下崩脫等故障。

 

(4)高強(qiáng)度阻燃性外殼由于純鉛薄極板電池內(nèi)部極板片數(shù)較多,,內(nèi)部群壓較高,,加之純鉛薄極板電池工作壽命很長,普通型(或改性)的ABS,、PP塑料外殼無法滿足極板壽命需求,,所以純鉛薄極板電池均采用具有更高強(qiáng)度、無鹵素高阻燃性的改性PPO(ModifiedPoly-PhenyleneOxide)塑料作為外殼,,以確保電池的外殼在整個(gè)電池正常壽命周期內(nèi),,材料無降解、性能無衰減,,且在使用中不產(chǎn)生變形,。根據(jù)測(cè)試,采用改性PPO材料外殼制作的純鉛薄極板電池工作溫度范圍在-40~+65℃,。

在同等的壁厚,、氣壓、面積等條件下,,各外殼材料的特性見表2.

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(5)自放電率更低

由于純鉛薄極板電池內(nèi)部采用高純度的材料,,與合金板柵的電池容易出現(xiàn)的內(nèi)阻大、每3~6個(gè)月需要進(jìn)行充電等要求不同,,在常溫狀態(tài)下,,純鉛薄極板電池可以靜置兩年以上(見圖3)。

(6)大電流充放電接受性與傳統(tǒng)性蓄電池相比,,純鉛薄極板電池極板數(shù)量更多,、反應(yīng)面積更大、內(nèi)阻較小,,可以接受高達(dá)10C10的充電電流,。對(duì)于*放電的電池,當(dāng)采用1C10的充電限流值時(shí),,在2h內(nèi)可以將電池100%充滿,;即使采用電信行業(yè)常用的0.25C10的限流值,100%充滿電的時(shí)間也在6h以內(nèi),,充電時(shí)間不到傳統(tǒng)閥控式鉛酸電池的三分之一(見圖4),。

(7)的高,、低溫性能

純鉛薄極板電池?fù)碛斜绕胀姵馗蟮臉O板比表面積,很大地降低了內(nèi)阻,,使電池在低溫下也能進(jìn)行正常充電,。由于其貧液式設(shè)計(jì),低溫下沒有液態(tài)酸的冰凍,,因此也不產(chǎn)生輸出電流隨溫度降低而急劇減小的問題,;在高溫下,冷軋純鉛板的高耐腐蝕性和超高的充電接受性,,確保電池有很長的使用壽命(見圖5),。

作為*技術(shù)所代表的電池產(chǎn)品,純鉛薄極板電池以其傳統(tǒng)型電池不具備的優(yōu)點(diǎn),,對(duì)于傳統(tǒng)型鉛酸電池所面臨的在高溫環(huán)境下的使用壽命短,、均一性差和快速充放電、浮充,、循環(huán)使用同時(shí)兼顧等問題提出了有效的解決方案,,所以在對(duì)于可靠度要求較高(例如軍工、航天,、地鐵,、石化、銀行等)的領(lǐng)域,,純鉛薄極板電池得以大量應(yīng)用,。

根據(jù)調(diào)查,在北美Switch數(shù)據(jù)中心,、Latisys數(shù)據(jù)中心,、DigitalRealityTrust數(shù)據(jù)中心、Facebook數(shù)據(jù)中心,、香港機(jī)場(chǎng),、香港地鐵、廣州地鐵等用戶中,,均有大量的純鉛薄極板電池在投入使用,,經(jīng)過長時(shí)間跟蹤測(cè)試發(fā)現(xiàn),純鉛薄極板電池均一性好,、使用溫度范圍寬,、支持間歇式充電、無一例發(fā)現(xiàn)有電池變形,、漏液等明顯的制造瑕疵,,用戶普遍評(píng)價(jià)較好。表3為廣東某地鐵隨機(jī)抽查數(shù)據(jù)(12V100Ah),。

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2 純鉛薄極板技術(shù)的不足

雖然純鉛薄極板電池有著眾多傳統(tǒng)型化學(xué)電源不可比擬的優(yōu)勢(shì),,但其技術(shù)也存在一些難點(diǎn),,例如原材料提純要求較高、生產(chǎn)主要依賴自動(dòng)化設(shè)備,、工藝難度較大等等,導(dǎo)致其技術(shù)讓制造企業(yè)無法快速掌握,。

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