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兩種閥控式密封鉛蓄電池的分析
兩種閥控式密封鉛蓄電池的分析
當今閥控式密封鉛蓄電池有兩類，即分別采用玻璃纖維隔板和硅凝膠二種不
當今閥控式密封鉛蓄電池有兩類，即分別采用玻璃纖維隔板和硅凝膠二種不同方式來“固定”硫酸電解液。它們都是應用陰極吸收原理使電池得以密封的，但給陽極析出的氧抵達陰極提供的通道是不同的，因此二種電池的性能各有所長。
1 歷史的簡單回憶
鉛酸蓄電池從問世到往常，不斷是軍用民用范疇中運用普遍的化學電源。由于它運用硫酸電解液，運輸過程中會有酸液流出，充電時會有酸霧析出來，對環(huán)境和設備形成損傷，人們就試圖將電解液“固定”起來，將電池“密封”起來，于是運用膠體電解液的鉛酸蓄電池應運而生。
初期的膠體鉛蓄電池運用的膠體電解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干態(tài)鉛蓄電池中。這樣固然到達了“固定”電解液或減少酸霧析出的目的，但卻使電池的容量較原來運用自在電解液時的電池容量要低20%左右，因此沒有被人們所承受。
我國在50年代也展開了初期膠體電池的研制工作，到60年代末也就根本上中止了。但是70年代后期至80年代，國內(nèi)又有一些非電池行業(yè)界的人應用媒體大肆宣揚本人創(chuàng)造了固體電解質(zhì)的鉛蓄電池，聲稱使電池容量和壽命進步1倍。這種經(jīng)不起
事實檢驗的肥皂泡式的“創(chuàng)造發(fā)明”，不只未能使鉛蓄電池性能有所進步，而且還敗壞了膠體蓄電池的名聲。
簡直在研制膠體電池的同時，采用玻璃纖維隔閡的陰極吸收式密封鉛蓄電池卻降生了，它不但使鉛蓄電池消弭了酸霧，而且還表現(xiàn)出內(nèi)阻小、大電放逐電特性好的優(yōu)點。因此在國民經(jīng)濟中，特別是原來運用固定型鉛蓄電池的場所，得到了疾速的推行和應用，于是人們就把膠體鉛蓄電池拋在腦后了。
80年代，德國陽光公司的膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品進入中國市場，多年來運用效果標明它的性能的確不同于以前的膠體鉛蓄電池。這就迫使人們要重新認識膠體鉛蓄電池。
本文將依據(jù)近年來的兩種閥控式密封鉛蓄電池的研制、消費和運用效果對它們停止比擬，供選用電池的同事們作參考。
2 電池的工作原理
不管是采用玻璃纖維隔閡的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱AGM密封鉛蓄電池)還是采用膠體電解液的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱膠體密封鉛蓄電池)，它們都是應用陰極吸收原理使電池得以密封的。
電池充電時，正極會析出氧氣，負極會析出氫氣。正極析氧是在正極充電量到達70%時就開端了。
析出的氧抵達負極，跟負極起下述反響，到達陰極吸收的目的。
2Pb十O2=2PbO
2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20
負極析氫則要在充電到90%時開端，再加上氧在負極上的復原作用及負極自身氫過電位的進步，從而防止了大量析氫反響。
對AGM密封鉛蓄電池而言，AGM隔閡中固然堅持了電池的大局部電解液，但必需使10%的隔閡孔隙中不進入電解液。正極生成的氧就是經(jīng)過這局部孔隙抵達負極而被負極吸收的。
對膠體密封鉛蓄電池而言，電池內(nèi)的硅凝膠是
以SiQ質(zhì)點作為骨架構成的三維多孔網(wǎng)狀構造，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進一步收縮，使凝膠呈現(xiàn)裂痕貫串于正負極板之間，給正極析出的氧提供了抵達負極的通道。
由此看出，兩種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”方式和提供氧氣抵達負極通道的方式有所不同。
3 電池構造和工藝上的主要差別
AGM密封鉛蓄電池運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)部吸有一局部電解液外，其大局部存在于玻璃纖維膜之中。為了給正極析出的氧提供向負極的通道，必需使隔閡堅持有10%的孔隙不被電解液占有，即貧液式設計。為了使極板充沛接觸電解液，極群采用緊裝配的方式。
另外，為了保證電池有足夠的壽命，極板應設計得較厚，正板柵合金采用Pb'-q2w-Srr--A1四元合金。
膠體密封鉛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式電池要低，通常為1.26～1.28g/cm3。電解液的量比AGM式電池要多20%，跟富液式電池相當。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充溢在隔閡中及正負極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著，不會流出電池。
由于這種電池采用的是富液式非緊裝配構造，正極板柵資料能夠采用低銻合金，也能夠采用管狀電池正極板。同時，為了進步電池容量而又不減少電池壽命，極板能夠做得薄一些。電池槽內(nèi)部空間也能夠擴展一些。
4 電池放電容量
初期的膠體蓄電池的放電容量只要富液式電池的80%左右，這是由于運用性能較差的膠體電解液直接灌人未加改動的富液式電池之中，電池的內(nèi)阻較大，電解質(zhì)中離子遷移艱難惹起的。
近來的研討工作標明，改良膠體電解液配方，控制膠粒大小，摻人親水性高分子添加劑，降低膠液濃度進步浸透性和對極板的親合力，采用真空灌裝工藝，用復合隔板或AGM隔板取代橡膠隔板，進步電池吸液性；取消電池的沉淀槽，適度增大極板面積活性物質(zhì)的含量，結果可使膠體密封電池的放電容量到達或接近啟齒式鉛蓄電池的程度。
AGM式密封鉛蓄電池電解液量少，極板的厚度較厚，活性物質(zhì)應用率低于啟齒式電池，因此電池的放電容量比啟齒式電池要低10%左右。與當今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。
5 電池內(nèi)阻及大電放逐電才能鉛蓄電池的內(nèi)阻是由歐姆內(nèi)阻、濃差極化內(nèi)阻、電化學極化內(nèi)阻組成的。前者包括極板、鉛零件、電解液、隔極電阻。AGM密封鉛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)，且電池采用緊裝配方式，離子在隔板內(nèi)擴散和電遷移遭到的障礙很小，所以AGM密封鉛蓄電池具有低內(nèi)阻特性，大電流快速放電才能很強。
膠體密封鉛蓄電池的電解液是硅凝膠，固然離子在凝膠中的擴散速度接近在水溶液中的擴散速度，但離子的遷移和擴散要遭到凝膠構造的影響，離子在凝膠中擴散的途徑越彎曲，構造中孔隙越狹窄，所遭到的障礙也越大。因此膠體密封鉛蓄電池內(nèi)阻要比AGM密封鉛蓄電池要大。
但是實驗結果標明膠體密封鉛蓄電池的大電放逐電性能依然很好，完整滿足有關規(guī)范中對密封電池大電放逐電性能的請求。這可能是由于多孔電極內(nèi)部及極板左近液層中的酸和其他有關離子的濃度在大電放逐電時起到關鍵性的作用。
6 熱失控
熱失控指的是：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，使電池的充電電流和溫度發(fā)作一種累積性的互相加強作用，此時電池的溫度急劇上升，從而招致電池槽收縮變形，失水速度加大，以至電池損壞。
上述現(xiàn)象是AGM密封鉛蓄電池在運用不當時.
而呈現(xiàn)的一種具有很大毀壞性的現(xiàn)象。這是由于AGM密封鉛蓄電池采用了貧液式緊裝配設計，隔板中必需堅持10%的孔隙不準電解液進入，因此電池內(nèi)部的導熱性差，熱容量小。充電時正極產(chǎn)生的氧抵達負極和負極鉛反響時會產(chǎn)生熱量，如不及時導走，則會使電池溫度升高；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，又反過來使電池溫度升高。如此惡性循環(huán)下去，就會惹起熱失控現(xiàn)象。
關于啟齒式鉛蓄電池而言，由于不存在陰極吸收氧氣現(xiàn)象，再加上其電解液量比擬大，電池散熱容易，熱容量也大，當然不會呈現(xiàn)熱失控現(xiàn)象。膠體密封鉛蓄電池的電解液量用得和啟齒式鉛蓄電池相當，極群四周及與槽體之間充溢凝膠電解質(zhì)，有較大的熱容量和散熱性，不會產(chǎn)生熱量積聚現(xiàn)象。
德國陽光公司的膠體密封鉛蓄電池進入中國市場已有十余年，幾家代理商均說沒有聽到用戶反映電池有熱失控現(xiàn)象。
7 運用壽命
影響閥控式密封鉛蓄電池運用壽命的要素很多，既有電池設計和制造方面的要素，又有用戶運用和維護條件方面的要素。就前者而言，正極板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度乃是兩個主要的要素。由于正板柵的厚度加大，采用Pb—Ca—Sn--A1四元耐蝕合金，則依據(jù)板柵腐蝕速度推算，電池的運用壽命可達10～15年。但是從電池運用結果來看，水損耗速度卻成為影響密封電池運用壽命的關鍵性要素。
關于AGM密封鉛蓄電池而言，由于采用貧液式設計，電池容量對電解液量極為敏感。電池失水10%，容量將降低20%；損失25%水份，電池壽命完畢。但是膠體密封鉛蓄電池采用了富液式設計，電解液密度比AGM密封鉛蓄電池低，降低了板柵
合金腐蝕速度；電解液量也比后者多15%～20%，對失水的敏理性較低。這些措施均有利于延長電池運用壽命。依據(jù)德國陽光公司提供的材料，膠體電解液所含的水量足以使電池運轉(zhuǎn)12～14年。電池投入運轉(zhuǎn)的一年，水損耗4%—5%，隨后逐年減少，4年之后總的水耗損只要2%。OP2V型密封電池在2.27V/單體條件下浮充運轉(zhuǎn)10年后，其容量還有90%。從國內(nèi)一些郵電通訊部門的反映來看，固然陽光公司的膠體密封鉛蓄電池售價較高，但其運用壽命卻善于國產(chǎn)的AGM密割·鉛蓄電池。
8 復合效率
復合效率是指充電時正極產(chǎn)生的氧氣被負極吸收復合的比率。充電電流、電池溫度、負極特性和氧氣抵達負極的速度等要素，均會影響密封電池的氣體復合效率。
依據(jù)德國陽光公司提供的膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品闡明書引見，膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品運用初期，氧復合效率較低，但運轉(zhuǎn)數(shù)月之后，復合效率可達95%以上。這種現(xiàn)象也能夠從電池的失水速度得到考證，膠體密封鉛蓄電池運轉(zhuǎn)一年失水速度
較大，到達4%～5%，以后逐步減少。形成上述特性的主要緣由，看來膠體電解質(zhì)在構成初期，內(nèi)部沒有或極少有裂痕，沒有給正極析出的氧提供足夠的通道。隨著膠體的逐步收縮，則會構成越來越多的通道，那么氧氣的復合效率必然逐步進步，水損耗也必然減少。
AGM式密封鉛蓄電池隔閡中有不飽和空隙，提供了大量的氧氣通道，因此其氧氣復合效率很高，新電池能夠到達98%以上。
9 選用名副其實的膠體密封鉛蓄電池
以上談及的膠體密封鉛蓄電池的一些特性，乃是當今國內(nèi)外新一代膠體密封鉛蓄電池才具有的性質(zhì)。這種電池運用的膠體電解質(zhì)在性能上有別于早期膠體電池運用的膠體電解質(zhì)，后者是用普通水玻璃制成的，或由普通市售的硅溶膠配成的。此外，新一代膠體密封鉛蓄電池的構造和選材上也不同于普通的鉛蓄電池。
從目前的國內(nèi)外技術開展程度來看，做一個膠體鉛蓄電池是不難的，但是要做一個好的膠體密封鉛蓄電池卻是不容易的，其中的技術竅門是任何廠家都不愿透露的。用戶在選用膠體密封鉛蓄電池。時，務必當心從事。
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