鉛酸蓄電池極板硫化失效分析
電動(dòng)車商情 電動(dòng)車商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車維修 2004-4-28
| 鉛酸蓄電池已發(fā)明有一百多年了，一百多年鉛酸蓄電池有著極大的發(fā)展與應(yīng)用。目前市場(Rialto)上應(yīng)用的鉛酸蓄電池有：普通、密封、免維護(hù)式等，由于鉛酸蓄電池經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，至今仍在大量廣泛應(yīng)用，占市場(Rialto)量的70%以上，各行各業(yè)都在應(yīng)用。但由于鉛酸蓄電池的特性、結(jié)構(gòu)、材料、生產(chǎn)環(huán)境、工藝及使用保養(yǎng)維護(hù)等因素，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，鉛酸蓄電池過早失效而報(bào)廢的現(xiàn)象，75%以上都是由于鉛酸蓄電池極板上形成不可逆硫酸鉛鹽鉛化、自放電、活性物質(zhì)失效及脫落的原因，而這三大難題一直是困撓鉛酸蓄電池行業(yè)難于攻克的頑癥，至今還沒有解決這三大難題的絕對(duì)好辦法。如普通鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)壽命為2-3年，而往往實(shí)際使用只一年時(shí)間或更短時(shí)間，免維護(hù)鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)壽命為7-15年，有的制造出來由于貯存時(shí)間過長，未經(jīng)使用就已失效報(bào)廢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于預(yù)期使用壽命，導(dǎo)致能源的浪費(fèi)及應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。 一、鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)及特性 鉛酸蓄電池主要?dú)んw、正負(fù)極板、隔板、電解液在電場作用下將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)電能貯存，又將化學(xué)電能轉(zhuǎn)為直流電能，并可反復(fù)進(jìn)行數(shù)次充放電循環(huán)的一種裝置，電化學(xué)反應(yīng)式為： 上式可知鉛酸蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)體系，鉛酸蓄電池性能壽命長短取決于制造正負(fù)極板的材料，工藝環(huán)境、活性物質(zhì)純度組合構(gòu)成及使用環(huán)境和維護(hù)等有很重要的影響。 二、鉛酸蓄電池正負(fù)極板(電極)中活性物質(zhì)與容量重要關(guān)系 1、由于鉛酸蓄電池容量的多少與正負(fù)極板中能參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)的數(shù)量面積有重要關(guān)系，這里所講活性物質(zhì)量指的是能參加可逆性電化學(xué)反應(yīng)的真實(shí)表面積，而不是幾何尺寸的計(jì)算面積。當(dāng)鉛酸蓄電池加入電解液后，正負(fù)極板都在電解液(硫酸)的浸泡之中，一部分電解液中的硫酸被正負(fù)極板吸收，正負(fù)極板表面全是硫酸鉛。 而正負(fù)極板在電場的作用下，正極板的表現(xiàn)形成致密的二氧化鉛，而負(fù)極板的表面形成致密的純鉛，其正極板形成的二氧化鉛越致密鉛酸蓄電池容量就越大。因此，在常規(guī)的充放電過程中，正負(fù)極板在充電時(shí)得到二氧化鉛和純鉛，放電后正負(fù)極板形成硫酸鉛，其活性物質(zhì)應(yīng)是迸性的，可相互換置的離子結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)才對(duì)電化學(xué)反應(yīng)有效。 按規(guī)定規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的任何一種額定容量的鉛酸蓄電池，在常充電下其鉛酸蓄電池的容量應(yīng)在額定容量的95%以下，說明其鉛酸蓄電池不合標(biāo)準(zhǔn)，其原因有制造材料、生產(chǎn)工藝、環(huán)境、產(chǎn)品貯存時(shí)間過長其活性物質(zhì)老化失效等原因。 三、極板酸化、自放電、活性物質(zhì)脫落與鉛酸蓄電池失效 1、極板硫化 所謂硫化是指正負(fù)極板上形成不可逆硫酸鉛鹽化組成一層白色粗粒結(jié)晶的硫酸鉛而言。這種結(jié)晶體很難在正常的充電時(shí)消除，硫化的形成程度與鉛酸蓄電池容量有很大的關(guān)系，硫化越嚴(yán)重，電容量越少，直至報(bào)廢，極板硫化的因素很多，主要是鉛酸蓄電池貯存時(shí)間過長，因?yàn)闃O板在化成處理時(shí)活性物質(zhì)表面存在硫酸，導(dǎo)致活性物質(zhì)表面的硫酸鉛老化后失去電離的作用。鉛酸蓄電池帶電擱置時(shí)處于放電狀態(tài)，放電后未及時(shí)給電池充電，電解液密度過高或不純，都會(huì)使正負(fù)極板中活性物質(zhì)的表面形成不可硫化。所以，硫化是導(dǎo)致極板活性物質(zhì)失效報(bào)廢的主要原因。 2、自放電的原因 自放電是指鉛酸蓄電池內(nèi)的電自行消耗，一般認(rèn)為每晝夜容量下降不大于2%，就認(rèn)為正常，因鉛酸蓄電池本身有自放電缺點(diǎn)，如果每晝夜容量下降大于2%時(shí)，那就是有故障了，自放電原因主要有：生產(chǎn)制造中材料不純(如含銻過高或其它有害雜質(zhì))，電解液中含有害雜質(zhì)(鐵、錳、砷、銅等離子)，正負(fù)極板硫化后極隔板孔隙堵塞，導(dǎo)致鉛酸蓄電池內(nèi)消耗增大，都有導(dǎo)致鉛酸蓄電池產(chǎn)生自放電的原因，所以，要求電解液必須是專用硫酸，水必須是蒸餾水或去離子水。 3、極板活性物質(zhì)脫落 規(guī)范的使用鉛酸蓄電池，正負(fù)極板中的活性物質(zhì)是不易脫落的。正極板活性物質(zhì)的脫落主要是電不足或低溫時(shí)大電流放電，而負(fù)極板活性物質(zhì)的脫落主要是過充電或充電電流過大 ，過充電會(huì)引起水的電解產(chǎn)生大量的氫氣和氧氣，當(dāng)氫氣向孔隙沖出時(shí)，會(huì)使活性物質(zhì)脫落，鉛酸蓄電池在顛震的環(huán)境使用也會(huì)加速活性物質(zhì)的脫落。所以，要求鉛酸蓄電池在使用中一定要避免過充過放電發(fā)生。 4、電池的失效報(bào)廢 電池的失效報(bào)廢是指新鉛酸蓄電池未使用就失效報(bào)廢了，原因在于：鉛酸蓄電池制造材料中的活性物質(zhì)組合不合理；極板在化學(xué)處理時(shí)未達(dá)到充放標(biāo)準(zhǔn)；極板貯存環(huán)境不良或存放時(shí)間過長，密封受損，長期處于空氣的氧化之中，致使極板活性物質(zhì)被老化；在使用過程中維護(hù)不當(dāng)，某一單體長時(shí)間處于去電狀態(tài)，大電流放電時(shí)去電單體出現(xiàn)反極電壓后，仍未及時(shí)給蓄電池維護(hù)：如調(diào)整電解液密度，加蒸餾水，給蓄電池補(bǔ)充電，導(dǎo)致該單體不可逆硫化而失效。在鉛酸蓄電池的使用過程中，往往是夏季未及時(shí)給蓄電池加水，氣溫高蒸發(fā)快導(dǎo)致電解液不足或干枯，使極板露出電解面后受空氣而氧化氫脆導(dǎo)致極板硫化而壞死。所以，鉛酸蓄電池的損失是夏季時(shí)期，動(dòng)力是在夏季時(shí)氣溫高易起動(dòng)，對(duì)鉛酸蓄電池容量要求高，可是鉛酸蓄電池在夏季時(shí)極板活性物質(zhì)局部面積形成硫化，冬季時(shí)要求鉛酸蓄電池大電流供電已不可能。如果起動(dòng)或牽引用鉛酸蓄電池經(jīng)充電額容量的70%時(shí)，只有報(bào)廢，更換新的蓄電池了。 總而言之，鉛酸蓄電池失效報(bào)廢，除一部分因機(jī)械部件損壞而報(bào)廢外，而絕大部分鉛酸蓄電池的失效都是屬于極板活性物質(zhì)表面形成不可逆硫化后而失效報(bào)廢的。因此，鉛酸蓄電池極板不可逆硫化的難題，仍然是蓄電池領(lǐng)域廣大行業(yè)人員不斷追求待攻克的課題。(胡紹州) |
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