如何改進VRLA蓄電池

由于這些失效機理，使VRLA電池進行幾十次深循環(huán)實驗就失效，我們把它描述成早期定量損失（電池性能的短壽命）。

板柵合金加入對氫過電位無什么影響的1％～1.5％Sn到Pb—Ca合金中，板柵抗蠕變的能力將恢復。對正板柵的深入研究表明：這種水平Sn的加入將會帶來額外的效益，增強板柵的抗腐能力和降低腐蝕層的電阻，正板柵中加入1％～1.5％的Sn不再承受板柵平面的膨脹，作為具有低腐蝕的效果，就可以降低板柵厚度（或重量），從而達到電池比能量的增加。

正極板對于VRLA電池，活性物質(zhì)在極板垂直方向的膨脹依然是嚴重的問題，對于活性物質(zhì)膨脹過程的情況，現(xiàn)在還有爭論，一些實驗顯示，充電時膨脹，放電時收縮，而另外一些實驗又表明，放電時膨脹，充電時收縮，伴隨著反復的深循環(huán)，正極活性物質(zhì)膨脹的趨勢依然處于爭論中。已在Brno大學開展的相應實驗工作，將會得到容量損失、循環(huán)和活性物質(zhì)電阻三者之間清晰的關系。

隔板對富液電池的研究表明，與8kPa壓力相比，40kPa壓力加在極板上，能阻止正極板的膨脹，從而潛在地增加循環(huán)壽命。但是有一點值得注意，VRLA電池中，使用AGM隔板，當AGM隔板被電解液濕潤后，將會收縮，當有壓力時，其厚度將降低，而且孔的結構也會發(fā)生變化，所以在設計上，同時要考慮O2的傳輸及保持對極板有足夠的壓力，現(xiàn)在ALABC的一些研究者正在探索利用不同形式的AGM，以確定一些有孔物質(zhì)能改善AGM隔板的性能。AGM的孔率和液體保持能力隨著使用纖維的直徑、細纖維的比例和加在隔板上的壓力的變化而變化。

可以考慮這樣一種材料，當它被濕潤或受壓時沒有收縮和孔率的變化，這種材料的應用測試表明，至少具有300次的深循環(huán)壽命，富液式AGM隔板就是一例，但還未正式推廣使用。

充電充電的方式對VRLA電池的性能有顯著影響，對VRLA電池來講，這是一個特殊的地方。

從熱力學角度來講，電池具有不穩(wěn)定性，其電池電壓大大高于電解液中水的分解電壓，但由于Pb、Sn等元素對氫的過電位，使得在開路狀態(tài)下電解液中水分解的速度相當慢。

在鉛酸蓄電池中，除整個電極的充電和放電反應外，還有四個副反應，在正極：

（1）產(chǎn)生O2H2O→（1/2）O2＋2H＋＋2e（6）

與標準氫電位相比，電極電位接近1.75V時，反應就變得很劇烈。

（2）Pb的腐蝕此反應決定于電池壽命，在電極電位較低時，比較穩(wěn)定，當電極電位較高時：

6H2O＋Pb→PbO2＋4H3O＋＋4e（7）

在負極：

（3）產(chǎn)生H22H＋＋2e→H2（8）

其熱力學電位為0V，但由于過電位的存在，其電極電位到達較負的一定值時才產(chǎn)生H2。

（4）氧循環(huán)

O2＋2Pb＋H2SO4→2PbSO4＋2H2O（9）

所以在充電的初期，所有的充電電流消耗在充電反應上，無氣體產(chǎn)生，但充電的后期，電壓到達某個值時，氣體就會產(chǎn)生，與充電反應分享充電電流。

在富液電池中，H2和O2產(chǎn)生的量大致相等，在VRLA電池中，由于氧循環(huán)從而改變了負極的電極電位，過充電的主要反應就是正極產(chǎn)生O2以及在負極還原，VRLA電池中，理想的充電反應和氣體產(chǎn)生所消耗的電流之間的平衡對電池設計、操作狀態(tài)和過充電機制具有相當復雜的影響，這很敏感地影響電池的循環(huán)壽命。

對充電過程來講，要盡可能地有效，如果氧的產(chǎn)生占用太多電流，對電池將產(chǎn)生有害的影響。氧氣在負極還原時，將產(chǎn)生大量的熱，導致負極嚴重的去極化，使電池充電困難。因此過充電的程度可用O2循環(huán)來表示。實驗結果顯示，適當?shù)倪^充能延長電池的深放電循環(huán)壽命，但過量的過充電則是有害的。

大量試驗表明，充電方式對VRLA電池性能具有相當重要的影響，許多研究者已對此開展研究，主要問題有以下四個方面：

（1）在過充電階段，充電過程的有效性減少，將導致隔板的飽和度降低。

（2）大量的氧循環(huán)將產(chǎn)生熱和阻止負極板的充電。

（3）詳細的充電機制，特別在充電的最后階段和

終止狀態(tài)對于控制氧循環(huán)是相當重要的。

（4）充電不足會導致電池的壽命縮短，為了防止

氣體的問題，就使用不完全充電狀態(tài)（PSOC），但是為了取得電池組的平衡，間歇使用完全充電或過充電。

負極板VRLA電池的早期失效主要因素是正極板柵及其活性物質(zhì)，當這些因素被克服后，不管在浮充使用或循環(huán)使用，負極板則成為制約蓄電池壽命的主要因素，其主要原因就是在電池壽命的最后一段時間負極板充電困難。

VRLA蓄電池中負極板引起其容量的逐漸損失，可能的原因如下：

（1）由于VRLA電池中的氧循環(huán)，破壞了負極板

中的有機物分子，使有機膨脹劑損失，導致電極表面收縮。

（2）電解液分層。

（3）由于氧還原而導致的去極化，以及自放電大而導致電池充電無效。

3結語

近幾年，對VRLA蓄電池壽命的研究主要集中在深放電性能上，以便能改進其在電動車上的運用，并且已取得了不少的進步，使在最初的300～500次循環(huán)中，由于正極板因素引起的問題得到了解決。現(xiàn)在的主要任務是解決負極板的問題，以使VRLA電池能達到富液電池的水平。