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鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用與原理

閱讀:1853        發(fā)布時(shí)間:2020-12-12

鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用與原理

 

鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源,具有安全性高,、電壓平穩(wěn),、原材料豐富、回收再生利用率高等優(yōu)點(diǎn),,它也是世界上各類電池中用途,,產(chǎn)量 大的一種電池,在我國通信,、電力,、汽車、航空等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,。而在鉛酸蓄電池的運(yùn)行過程中,,硫化問題是為常見的一種電池失效形式,當(dāng)硫化問 題發(fā)生以后,,不僅會(huì)增大蓄電池電阻,,約束蓄電池容量,而且會(huì)對電池的正常使用壽命造成一定的影響,,嚴(yán)重時(shí)甚會(huì)導(dǎo)致蓄電池提前報(bào)廢,。因此,必須加強(qiáng)對硫化 原因與生成機(jī)理的分析與研究,,并采取有針對性的修復(fù)措施與修復(fù)

1 鉛酸蓄電池的硫化機(jī)理

在正常工作條件下,,鉛酸蓄電池的正、負(fù)極板上中細(xì)小晶粒狀的硫酸鉛在充電時(shí),,會(huì)分別還原為二氧化鉛和海綿狀鉛,,其化學(xué)方程式為:

2PbSO4+2H2O→PbO2+Pb+2H2SO4

但是在異常情況下,蓄電池極板表面會(huì)逐漸生成一層白色粗晶粒的硫酸鉛,。由于這部分硫酸鉛晶粒粗大,、堅(jiān)硬,不僅與電解液接觸面積較小,,而且導(dǎo)電性能極差,, 會(huì)堵塞極板上的活性物質(zhì)孔隙,,使得電解液的深入非常困難,,因而使得蓄電池的電阻增大,電荷量減小,,電池的使用壽命也縮短,。

2 鉛酸蓄電池的硫化原因分析

2.1 蓄電池長期處于虧電狀態(tài)

當(dāng)蓄電池處于充滿電量狀態(tài)時(shí),正,、負(fù)極板上的硫酸鉛幾乎會(huì)*轉(zhuǎn)換為二氧化鉛和海綿狀鉛,。而放電時(shí),,正負(fù)極板上的二氧化鉛和海綿狀鉛又會(huì)重新發(fā)送電解反 應(yīng),逐漸生成硫酸鉛,。如果因蓄電池長期充電不足,,極板上的硫酸鉛會(huì)在溫度升高時(shí)逐漸被溶解在電解液中,當(dāng)溫度下降時(shí),,已溶解的硫酸鉛又會(huì)因電解液過飽和而 析出,,析出的硫酸鉛再結(jié)晶形成的粗晶粒附著在正、負(fù)極板表面,,導(dǎo)板出現(xiàn)硫化,。

2.2 蓄電池處于過放電狀態(tài)

當(dāng)蓄電池處于 過放電狀態(tài)時(shí),其正,、負(fù)極板上生成的硫酸鉛較多,,參與溶解的也較多,電解液很容易達(dá)到飽和狀態(tài),。當(dāng)溫度稍有降低時(shí),,硫酸鉛便會(huì)因電解液過飽和而析出,并再 結(jié)晶導(dǎo)致硫化,。同時(shí),,由于過放電狀態(tài)通常是由于大電流放電所產(chǎn)生的,而在大電流放電過程中,,蓄電池正,、負(fù)極板中的活性物質(zhì)會(huì)與硫酸之間迅速的發(fā)生化學(xué)反 應(yīng),并容易生成粗晶粒狀的硫酸鉛,。

2.3 電解液液面過低

當(dāng)蓄電池電解液液面過低時(shí),,會(huì)導(dǎo)致裸露在空氣中的負(fù)極板出現(xiàn)氧化現(xiàn)象,極板的氧化部分與電解液重新接觸后,,即會(huì)產(chǎn)生粗晶粒狀的硫酸鉛,。

2.4 電解液密度過大或有雜質(zhì)

當(dāng)蓄電池電解液密度過大時(shí),硫酸鉛的溶解會(huì)容易出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象,,導(dǎo)致硫酸鉛因再結(jié)晶而產(chǎn)生極板的硫化,。

當(dāng)電解液中存在雜質(zhì),尤其是金屬雜質(zhì)時(shí),,在蓄電池放電過程中,,這些物質(zhì)就會(huì)吸附在負(fù)極板上,并得不到溶解,,長時(shí)間結(jié)晶后便使得極板硫化,。

3 鉛酸蓄電池硫化的修復(fù)方法

對鉛酸蓄電池不可逆硫酸鹽化的修復(fù),主要有以下幾種方法:

3.1 過充電法

對于極板產(chǎn)生輕微硫化的鉛酸蓄電池,,可采用過充電法進(jìn)行修復(fù),。即在正常充電結(jié)束后將蓄電池靜止1~2小時(shí),,然后用初次充電第二階段的充電電流進(jìn)行連續(xù)充 電。當(dāng)電解液產(chǎn)生大量氣泡后停止充電再靜止1~2小時(shí),,然后再按照上述方法進(jìn)行充電,。這樣反復(fù)進(jìn)行2~3次,直接通電源1~2分鐘內(nèi)電解液就出現(xiàn)大量氣 泡為止,。

3.2 大電流法

對于輕微硫化,,還可采用大電流法進(jìn)行修復(fù)。這種方法是在高電流密度(100mAem)下進(jìn)行充電,, 在高電流密度條件下,,負(fù)極板所產(chǎn)生的負(fù)電勢值較大,并遠(yuǎn)離零電荷點(diǎn),,從而改變了電極表面的符號,,使得‘P一‘P(10)<0,極板表面有害的活性物 質(zhì)就會(huì)脫落,。同時(shí),,由于在高電流密度條件下充電時(shí),蓄電池的極化和歐姆壓降會(huì)增加,,這部分減少的能力會(huì)轉(zhuǎn)換為熱能,,使得電池內(nèi)部溫度升高,產(chǎn)生大量氣體,, 這也對附著在極板上的粗晶粒硫酸鉛有一定的沖刷作用,。大電流法的特點(diǎn)是方便快捷,能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)電池的性能,,但由于該方法會(huì)使得活性物質(zhì)受損嚴(yán)重,,電池 容量在運(yùn)行一段時(shí)間后又會(huì)重新下降。

3.3 水療法

對于硫化程度普通,,并不太嚴(yán)重的蓄電池修復(fù),,可采用水療法。其作法是,,將 蓄電池充滿電以后,,作一次10小時(shí)20小時(shí)的放電,到單格電池電壓降低到1.8V為止,,然后將蓄電池內(nèi)的電解液全部倒出,,并立即加入蒸餾水,靜置2小 時(shí),,再用比以上放電電流值減少20%的電流繼續(xù)充電,,直電解液開始沸騰,,電解液密度不再上升為止,。按照上述方法重復(fù)進(jìn)行2~3次,,即可使所有極板恢復(fù)正 常。

3.4 堿水腐蝕法

對于硫化程度較為嚴(yán)重的鉛酸蓄電池,,可采用堿水腐蝕法,。其作法是,將蓄電池放電以后,,再取出硫化極板 組,,抽出其隔板。然后放入濃度為5%的堿水中浸泡,,從而使極板表面硫化層被腐蝕掉,。在30分鐘后即可取出,再使用蒸餾水清晰,,然后插進(jìn)隔板,,放入電池內(nèi), 并添加入適宜密度的電解液即可,。堿水腐蝕法對硫化嚴(yán)重的鉛酸蓄電池的修復(fù)效果較好,,但主要缺點(diǎn)是修復(fù)后蓄電池的容量會(huì)減小。

3.5 脈沖諧振法

從原子角度和固體物體學(xué)角度分析,,當(dāng)形成粗晶粒狀的硫酸鉛時(shí),,硫離子包含有8個(gè)原子的環(huán)形分子形態(tài)存在,而這8個(gè)原子的環(huán)形分子模式是一種很穩(wěn)定的組 合,,難以打破,。而要打破硫酸鉛分子層的束縛,就需要將原子的能級提升到一定的程度,,而通過脈沖諧振提供能量就可以實(shí)現(xiàn)這一目的,,即脈沖諧振法。

脈沖諧振法在鉛酸蓄電池硫化修復(fù)中的應(yīng)用,,主要有兩種方法,。一種方法是在線脈沖修復(fù),及將蓄電池的正,、負(fù)極板與脈沖源進(jìn)行并聯(lián),,然后將脈沖輸入到蓄電池 內(nèi)部進(jìn)行修復(fù),該方法的能源消耗量較小,,但修復(fù)速度較慢;另一種方法則是離線式脈沖修復(fù),,即采用蓄電池脈沖修復(fù)儀進(jìn)行修復(fù),常見的修復(fù)儀器有吳泰蓄電池智 能在線修復(fù)系統(tǒng)等,??傮w而言,由于脈沖諧振法只能將粗大晶粒狀硫酸鉛的部分打碎,,而無法實(shí)現(xiàn)*分解,,對電池硫化的修復(fù)效果并不太理想,。

3.6 綜合修復(fù)法

綜合修復(fù)法是指將水療法和脈沖諧振法進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用的方法。利用脈沖諧振法,,使粗大晶體的硫酸鉛的外緣層被打破,,并使其破碎成一定程度的細(xì)小晶粒,有利 于硫酸鉛和電解液的充分接觸;利用水療法,,則能充分恢復(fù)極板上的活性物質(zhì),,并能時(shí)正、負(fù)極板表面清潔通暢,,有效確保了電化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行,。

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