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鉛酸蓄電池的廣泛應用與原理
鉛酸蓄電池的廣泛應用與原理
鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學電源，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,，它也是世界上各類電池中用途,，產量 大的一種電池,，在我國通信、電力,、汽車,、航空等多個領域都有著廣泛的應用。而在鉛酸蓄電池的運行過程中,，硫化問題是為常見的一種電池失效形式,，當硫化問 題發(fā)生以后，不僅會增大蓄電池電阻,，約束蓄電池容量,，而且會對電池的正常使用壽命造成一定的影響，嚴重時甚會導致蓄電池提前報廢,。因此,，必須加強對硫化 原因與生成機理的分析與研究，并采取有針對性的修復措施與修復
1 鉛酸蓄電池的硫化機理
在正常工作條件下,，鉛酸蓄電池的正,、負極板上中細小晶粒狀的硫酸鉛在充電時，會分別還原為二氧化鉛和海綿狀鉛,，其化學方程式為：
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,、堅硬,，不僅與電解液接觸面積較小，而且導電性能極差,， 會堵塞極板上的活性物質孔隙,，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)
當蓄電池處于充滿電量狀態(tài)時,，正,、負極板上的硫酸鉛幾乎會*轉換為二氧化鉛和海綿狀鉛。而放電時,，正負極板上的二氧化鉛和海綿狀鉛又會重新發(fā)送電解反 應,，逐漸生成硫酸鉛。如果因蓄電池長期充電不足,，極板上的硫酸鉛會在溫度升高時逐漸被溶解在電解液中,，當溫度下降時，已溶解的硫酸鉛又會因電解液過飽和而 析出，析出的硫酸鉛再結晶形成的粗晶粒附著在正,、負極板表面,，導板出現(xiàn)硫化。
2.2 蓄電池處于過放電狀態(tài)
當蓄電池處于 過放電狀態(tài)時,，其正,、負極板上生成的硫酸鉛較多，參與溶解的也較多,，電解液很容易達到飽和狀態(tài),。當溫度稍有降低時，硫酸鉛便會因電解液過飽和而析出,，并再 結晶導致硫化。同時,，由于過放電狀態(tài)通常是由于大電流放電所產生的,，而在大電流放電過程中，蓄電池正,、負極板中的活性物質會與硫酸之間迅速的發(fā)生化學反 應,，并容易生成粗晶粒狀的硫酸鉛。
2.3 電解液液面過低
當蓄電池電解液液面過低時,，會導致裸露在空氣中的負極板出現(xiàn)氧化現(xiàn)象,，極板的氧化部分與電解液重新接觸后，即會產生粗晶粒狀的硫酸鉛,。
2.4 電解液密度過大或有雜質
當蓄電池電解液密度過大時,，硫酸鉛的溶解會容易出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象，導致硫酸鉛因再結晶而產生極板的硫化,。
當電解液中存在雜質,，尤其是金屬雜質時，在蓄電池放電過程中,，這些物質就會吸附在負極板上,，并得不到溶解，長時間結晶后便使得極板硫化,。
3 鉛酸蓄電池硫化的修復方法
對鉛酸蓄電池不可逆硫酸鹽化的修復,，主要有以下幾種方法：
3.1 過充電法
對于極板產生輕微硫化的鉛酸蓄電池，可采用過充電法進行修復,。即在正常充電結束后將蓄電池靜止1～2小時,，然后用初次充電第二階段的充電電流進行連續(xù)充 電。當電解液產生大量氣泡后停止充電再靜止1～2小時,，然后再按照上述方法進行充電,。這樣反復進行2～3次，直接通電源1～2分鐘內電解液就出現(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行修復,。這種方法是在高電流密度(100mAem)下進行充電， 在高電流密度條件下,，負極板所產生的負電勢值較大,，并遠離零電荷點，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 質就會脫落。同時,，由于在高電流密度條件下充電時,，蓄電池的極化和歐姆壓降會增加，這部分減少的能力會轉換為熱能,，使得電池內部溫度升高,，產生大量氣體， 這也對附著在極板上的粗晶粒硫酸鉛有一定的沖刷作用,。大電流法的特點是方便快捷,，能在短時間內恢復電池的性能，但由于該方法會使得活性物質受損嚴重,，電池 容量在運行一段時間后又會重新下降,。
3.3 水療法
對于硫化程度普通，并不太嚴重的蓄電池修復,，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20小時的放電,，到單格電池電壓降低到1.8V為止，然后將蓄電池內的電解液全部倒出,，并立即加入蒸餾水,，靜置2小 時，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。按照上述方法重復進行2～3次,，即可使所有極板恢復正 常,。
3.4 堿水腐蝕法
對于硫化程度較為嚴重的鉛酸蓄電池，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,，然后插進隔板，放入電池內,， 并添加入適宜密度的電解液即可,。堿水腐蝕法對硫化嚴重的鉛酸蓄電池的修復效果較好，但主要缺點是修復后蓄電池的容量會減小,。
3.5 脈沖諧振法
從原子角度和固體物體學角度分析,，當形成粗晶粒狀的硫酸鉛時，硫離子包含有8個原子的環(huán)形分子形態(tài)存在,，而這8個原子的環(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中的應用，主要有兩種方法,。一種方法是在線脈沖修復,，及將蓄電池的正、負極板與脈沖源進行并聯(lián),，然后將脈沖輸入到蓄電池 內部進行修復,，該方法的能源消耗量較小，但修復速度較慢;另一種方法則是離線式脈沖修復,，即采用蓄電池脈沖修復儀進行修復,，常見的修復儀器有吳泰蓄電池智 能在線修復系統(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，而無法實現(xiàn)*分解,，對電池硫化的修復效果并不太理想,。
3.6 綜合修復法
綜合修復法是指將水療法和脈沖諧振法進行結合應用的方法。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，則能充分恢復極板上的活性物質,，并能時正,、負極板表面清潔通暢，有效確保了電化學反應的順利進行,。
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