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兩類閥控式密封鉛酸蓄電池的比較
兩類閥控式密封鉛酸蓄電池的比較
早期的GFL-VRLA蓄電池使用的膠體電解液是由水玻璃制成的,，然后直接加到干態(tài)普通鉛酸蓄電池中,。這樣雖然達(dá)到了“固定”電解液或減少酸霧析出的目的,，但卻使GFL-VRLA蓄電池的容量較原來使用自由電解液的普通鉛酸蓄電池容量要低20%左右,，因而沒有被人們所接受,。
我國在20世紀(jì)50年代開展了GFL-VRLA蓄電池的研制工作，在研制GFL-VRLA蓄電池的過程中，采用玻璃纖維隔膜的陰極吸收式蓄電池卻誕生了,，它不但使普通鉛酸蓄電池消除了酸霧，而且還表現(xiàn)出內(nèi)阻小,、大電流放電特性好等優(yōu)點,。因而在國民經(jīng)濟(jì)中，尤其是在原來使用普通鉛酸蓄電池的場合,，得到了迅速的推廣和應(yīng)用,，在此期間我國的GFL-VRLA蓄電池研制處于停滯狀態(tài)。
在20世紀(jì)80年代,，德國陽光公司的GFL-VRLA蓄電池產(chǎn)品進(jìn)入中國市場,，多年來使用效果表明它的性能優(yōu)于早期的GFL-VRLA蓄電池。這就使GFL-VRLA蓄電池進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段,。
1.結(jié)構(gòu)和工藝上的主要差異
不論是AGM-VRLA蓄電池,，還是GFL-VRLA蓄電池，它們都是利用陰極吸收原理使蓄電池得以密封的,。閥控式密封鉛酸蓄電池充電時,，正極會析出氧氣，負(fù)極會析出氫氣,。正極析氧是在正極充電量達(dá)到70%時就開始了,。析出的氧到達(dá)負(fù)極，跟負(fù)極起下述反應(yīng),，達(dá)到陰極吸收的目的,。
2Pb十O2=2PbO
2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20
負(fù)極析氫則要在充電到90%時開始，再加上氧在負(fù)極上的還原作用及負(fù)極本身氫過電位的提高,，從而避免了大量析氫反應(yīng),。對AGM-VRLA蓄電池而言，在AGM-VRLA中,，雖然保持了蓄電池的大部分電解液,，但必須使10%的隔膜孔隙中不進(jìn)入電解液，即貧液式設(shè)計,，正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的,。
對GFL-VRLA蓄電池而言，在GFL-VRLA蓄電池內(nèi)是以SiO2質(zhì)點作為骨架構(gòu)成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),，它將電解液包藏在里邊,。GFL-VRLA蓄電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進(jìn)一步收縮,，使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)極板之間,，給正極析出的氧提供了到達(dá)負(fù)極的通道。
由此看出，兩種閥控式密封鉛酸蓄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”方式和提供氧氣到達(dá)負(fù)極通道的方式有所不同,。
AGM-VRLA蓄電池使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)部吸有一部分電解液外,，其大部分存在于玻璃纖維膜中。為了使極板充分接觸電解液,，極群采用緊裝配的方式,。另外，為了保證蓄電池有足夠的壽命,，極板應(yīng)設(shè)計得較厚,，正板柵合金采用Pb-Ca-Sn--A1四元合金。
GFL-VRLA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-VRLA蓄電池要低,，通常為1.26～1.28g/cm3。電解液的量比AGM-VRLA蓄電池要多20%,，跟普通鉛酸蓄電池相當(dāng),。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充滿在隔膜中及正負(fù)極之間,，硫酸電解液由凝膠包圍著,，不會流出蓄電池。
由于GFL-VRLA蓄電池采用的是富液式非緊裝配結(jié)構(gòu),，正極板柵材料可以采用低銻合金,，也可以采用管狀蓄電池正極板。同時,，為了提高GFL-VRLA蓄電池容量而又不減少GFL-VRLA蓄電池壽命,，極板可以做得薄一些。GFL-VRLA蓄電池槽內(nèi)部空間也可以擴(kuò)大一些,。
2.放電容量
早期的GFL-VRLA蓄電池的放電容量只有普通鉛酸蓄電池的80%左右,，這是由于使用性能較差的膠體電解液直接灌人未加改動的普通鉛酸蓄電池中，GFL-VRLA蓄電池的內(nèi)阻較大,，是由電解質(zhì)中離子遷移困難引起的。近來的研究工作表明,，改進(jìn)膠體電解液配方,，控制膠粒大小，摻入親水性高分子添加劑,，降低膠液濃度提高滲透性和對極板的親合力,，采用真空灌裝工藝，用復(fù)合隔板或AGM取代橡膠隔板，提高GFL-VRLA蓄電池吸液性,；取消GFL-VRLA蓄電池的沉淀槽,，適度增大極板面積活性物質(zhì)的含量，結(jié)果可使GFL-VRLA蓄電池的放電容量達(dá)到或接近普通鉛酸蓄電池的水平,。
AGM-VRLA蓄電池電解液量少,，極板的厚度較厚，活性物質(zhì)利用率低于普通鉛酸蓄電池,，因而AGM-VRLA蓄電池的放電容量比普通鉛酸蓄電池要低10%左右,。
3.內(nèi)阻及大電流放電能力
AGM-VRLA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AGM-VRLA蓄電池采用緊裝配形式,，離子在隔板內(nèi)擴(kuò)散和電遷移受到的阻礙很小，所以AGM-VRLA蓄電池具有低內(nèi)阻特性,，大電流快速放電能力很強(qiáng),。
GFL-VRLA蓄電池的電解液是硅凝膠，雖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)散要受到凝膠結(jié)構(gòu)的影響,，離子在凝膠中擴(kuò)散的途徑越彎曲，結(jié)構(gòu)中孔隙越狹窄,，所受到的阻礙也越大,。因而GFL-VRLA蓄電池內(nèi)阻要比AGM-VRLA蓄電池大。
然而試驗結(jié)果表明,，GFL-VRLA蓄電池的大電流放電性能仍然很好,，*有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對蓄電池大電流放電性能的要求。這是由于多孔電極內(nèi)部及極板附近液層中的酸和其他有關(guān)離子的濃度在大電流放電時起到關(guān)鍵性的作用,。
4.熱失控
熱失控指的是閥控式密封鉛酸蓄電池在充電后期(或浮充狀態(tài))由于沒有及時調(diào)整充電電壓,，使閥控式密封鉛酸蓄電池的充電電流和溫度發(fā)生一種累積性的相互增強(qiáng)作用，此時閥控式密封鉛酸蓄電池的溫度急劇上升,，從而導(dǎo)致閥控式密封鉛酸蓄電池槽膨脹變形,，失水速度加大，甚至使閥控式密封鉛酸蓄電池?fù)p壞,。
上述現(xiàn)象是AGM-VRLA蓄電池在使用不當(dāng)時,，而出現(xiàn)的一種具有很大破壞性的現(xiàn)象。這是由于AGM-VRLA蓄電池采用了貧液式緊裝配設(shè)計,，隔板中必須保持10%的孔隙不準(zhǔn)電解液進(jìn)入,，因而AGM-VRLA蓄電池內(nèi)部的導(dǎo)熱性差，熱容量小,。充電時正極產(chǎn)生的氧到達(dá)負(fù)極和負(fù)極鉛反應(yīng)時會產(chǎn)生熱量,，如不及時導(dǎo)走,，則會使AGM-VRLA蓄電池溫度升高；如若沒有及時降低充電電壓,，則充電電流就會加大,，析氧速度增大，又反過來使AGM-VRLA蓄電池溫度升高,。如此惡性循環(huán)下去,，就會引起熱失控現(xiàn)象。
GFL-VRLA蓄電池的電解液量與普通鉛酸蓄電池相當(dāng),，極群周圍及與槽體之間充滿凝膠電解質(zhì),，有較大的熱容量和散熱性，不會產(chǎn)生熱量積累現(xiàn)象,。結(jié)合30余年GFL-VRLA蓄電池的運行實踐還沒有發(fā)現(xiàn)GFL-VRLA蓄電池有熱失控現(xiàn)象,。
5.使用壽命
影響閥控式密封鉛酸蓄電池使用壽命的因素很多，既有閥控式密封鉛酸蓄電池設(shè)計和制造方面的因素,，又有用戶使用和維護(hù)條件方面的因素,。就前者而言，正極板柵耐腐蝕性能和閥控式密封鉛酸蓄電池的水損耗速度是兩個主要的因素,。由于正板柵的厚度加大,，采用Pb-Ca-Sn-A1四元耐蝕合金，則根據(jù)板柵腐蝕速度推算,，閥控式密封鉛酸蓄電池的使用壽命可達(dá)10～15年,。然而從閥控式密封鉛酸蓄電池使用結(jié)果來看，水損耗速度卻成為影響閥控式密封鉛酸蓄電池使用壽命的關(guān)鍵性因素,。
由于AGM-VRLA蓄電池采用貧液式設(shè)計,，閥控式密封鉛酸蓄電池容量對電解液量極為敏感。閥控式密封鉛酸蓄電池失水10%,，容量將降低20%,；損失25%水份，AGM-VRLA蓄電池壽命結(jié)束,。然而GFL-VRLA蓄電池采用了富液式設(shè)計,，電解液密度比AGM-VRLA蓄電池低，降低了板柵合金腐蝕速度,；電解液量也比AGM-VRLA蓄電池多15%～20%,，對失水的敏感性較低。這些措施均有利于延長GFL-VRLA蓄電池使用壽命,。根據(jù)德國陽光公司提供的資料,，膠體電解液所含的水量足以使GFL-VRLA蓄電池運行12～14年。GFL-VRLA蓄電池投入運行的第1年,，水損耗為4%～5%,，隨后逐年減少，投入運行4年以后,，每年水耗損只有2%,。
6.復(fù)合效率
復(fù)合效率是指充電時正極產(chǎn)生的氧氣被負(fù)極吸收復(fù)合的比率。充電電流,、閥控式密封鉛酸蓄電池溫度,、負(fù)極特性和氧氣到達(dá)負(fù)極的速度等因素，均會影響閥控式密封鉛酸蓄電池的氣體復(fù)合效率,。
根據(jù)德國陽光公司提供的GFL-VRLA蓄電池產(chǎn)品說明書介紹,，GFL-VRLA蓄電池產(chǎn)品使用初期，氧復(fù)合效率較低,，但運行數(shù)月之后,，復(fù)合效率可達(dá)95%以上。這種現(xiàn)象也可以從GFL-VRLA蓄電池的失水速度得到驗證,，GFL-VRLA蓄電池運行第1年失水速度較大,，達(dá)到4%～5%，以后逐漸減少,。膠體電解質(zhì)在形成初期,，內(nèi)部沒有或極少有裂縫，沒有給正極析出的氧提供足夠的通道,。隨著膠體的逐漸收縮,，則會形成越來越多的通道，那么氧氣的復(fù)合效率必然逐漸提高,，水損耗也必然減少,。
AGM-VRLA蓄電池隔膜中有不飽和空隙，提供了大量的氧氣通道,，因而其氧氣復(fù)合效率很高,，新AGM-VRLA蓄電池可以達(dá)到98%以上。
7.結(jié)論
GFL-VRLA蓄電池與AGM-VRLA蓄電池的性能比較見表1,。
表1 GFL-VRLA蓄電池與AGM-VRLA蓄電池的性能比較
