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閥控密封式鉛酸善電池的原理及其運行維護(hù)

作者: 時間:2009-05-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

4 失效的機(jī)制
閥控蓄是一個復(fù)雜的電化學(xué)體系,其性能和壽命取決于制備電極的材料、工藝、活性物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和條件等。它的失效因素主要有如下幾種。
1)正極板的腐蝕
對浮充電使用的,板柵腐蝕是限定電池壽命的重要因素。在電池過充電狀態(tài)下,正負(fù)極板上反應(yīng)如下:

可見,負(fù)極產(chǎn)生水,降低了酸度,而正極反應(yīng)產(chǎn)生H+,加速了正極板柵的腐蝕。閥控蓄電池中的電解液固定,在浮充過程中由于氧復(fù)合的作用,其浮充電流高于流動電解液的蓄電池,同時正極的電位也比流動電解液蓄電池中高。因此對閥控蓄電池來說其板柵腐蝕的問題尤為重要。
2)水損失
閥控蓄電池在使用期間氧復(fù)合機(jī)制的效率不是100%,由于再化合反應(yīng)不完全及板柵腐蝕引起水的損失,當(dāng)每次充電時,由于產(chǎn)生氣體的速率大于氣體再化合速率,導(dǎo)致一部分氣體逸出,造成水的損失。閥控蓄電池因為其電解液不可補(bǔ)充,所以失水也是其特有的失效原因之一。
3)枝狀結(jié)晶生成
閥控蓄電池由于電解液不流動所以不易產(chǎn)生枝狀晶體。但當(dāng)閥控蓄電池處于過放電狀態(tài),或長期以放電狀態(tài)放置時,枝狀晶體穿透隔膜的現(xiàn)象仍會發(fā)生。在這種情況下,負(fù)極pH值增加,極板上生成可溶性鉛顆粒,促進(jìn)板狀結(jié)晶生成穿透隔膜造成極間短路,使電池失效。這種失效電池的電壓為零。
4)負(fù)極板硫酸鹽化
負(fù)極在電池充、放電中的反應(yīng):
放電過程Pb+H2SO4―2e-→PbSO4+2H+
充電過程Pb+1/2O2+H2SO4→PbSO4+H2O
由于白化合反應(yīng)的發(fā)生,無論電池處于充電或放電狀態(tài),負(fù)板總有硫酸鉛存在,使負(fù)極長期處于非完全充電狀態(tài),形成不可逆硫酸鉛,使電池容量減少,導(dǎo)致電池失效。閥控蓄電池比防酸隔爆蓄電池更易出現(xiàn)負(fù)極的硫酸化。這是由于:①實現(xiàn)氧循環(huán)而造成的負(fù)極板較低的電位;②固定的電解液造成的電解質(zhì)的分層。
5)熱失控
熱失控是閥控蓄電池所特有的一種失效模式熱,它與閉合氧循環(huán)的機(jī)理有關(guān)。水分解為氫氣和氧氣的過程會產(chǎn)生熱量,每18克水分解產(chǎn)生210.6千焦的熱量。常規(guī)蓄電池在充電時,除了活性物質(zhì)的再生外,還有電解質(zhì)中的水電解生成氫氣和氧氣。氣體從電池內(nèi)析出的過程中帶走了水電解所產(chǎn)生的熱量。閥控蓄電池在充電時內(nèi)部產(chǎn)生的氧氣流向負(fù)極,氧氣在負(fù)極板使活性物質(zhì)海棉狀鉛氧化,并有效地補(bǔ)充了電解而失去的水。這樣,雖然消除了爆炸性混合氣體排出的問題,但這種結(jié)構(gòu)使得熱擴(kuò)散減少了一種重要途徑,散熱只能通過電池殼壁的熱傳導(dǎo)進(jìn)行。
當(dāng)VRLA電池工作在浮充或完全再化合模式的過充狀態(tài)時,沒有純化學(xué)反應(yīng),幾乎所有過充的能量都轉(zhuǎn)化成熱能。如果系統(tǒng)周圍環(huán)境能將產(chǎn)生的熱散發(fā)并達(dá)到平衡,那么就沒有熱失控問題。當(dāng)再化合反應(yīng)熱量升高率超過了散熱率,電池的溫度就會升高并且需要更大的電流來維持浮充電壓。而額外的電流又引起更多的化合反應(yīng)和熱量產(chǎn)生,從而進(jìn)一上使電流溫度升高,并如此往復(fù)。這種純效應(yīng)加速電池干涸和內(nèi)部壓力的升高,嚴(yán)重時會造成電池熔化或爆炸起火。熱失控的潛在問題會由于環(huán)境溫度的升高、單體或充電系統(tǒng)的故障而進(jìn)一步惡化。因此電池安裝時良好的通風(fēng)和合適的環(huán)境溫度很重要。為降低發(fā)生熱失控的風(fēng)險,充電裝置的浮充電壓應(yīng)根據(jù)蓄電池的環(huán)境溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/181404.htm


5 影響壽命的主要因素
有些用戶認(rèn)為閥控蓄電池是免電池,廠家也有類似的誤導(dǎo)宣傳。閥控蓄電池特有的氧復(fù)合機(jī)理和閥控的結(jié)構(gòu),雖然在一定程度上減少了它的工作量,但使得其比防酸隔爆蓄電池在可靠性和魯棒性上有所下降,更容易受環(huán)境的變化、使用條件等因素的影響。過充、過放、滲液、環(huán)境溫度過高、浮充電壓過高等因素對閥控蓄電池的健康影響更大。
1)環(huán)境溫度
環(huán)境溫度過高對閥控蓄電池使用壽命的影響很大。溫度升高時,蓄電池的極板腐蝕將加劇,同時將消耗更多的水,從而使電池壽命縮短。閥控蓄電在使用中對溫度有一定要求。典型的閥控蓄電池高于25℃時,每升高6~9℃,電池壽命縮短一半。因此,其浮充電壓應(yīng)根據(jù)溫度進(jìn)行補(bǔ)償,一般為2~4 mV/℃,而現(xiàn)有很多充電機(jī)沒有此功能。為達(dá)到閥控蓄電池的最佳使用壽命,應(yīng)盡可能創(chuàng)造恒溫下的使用環(huán)境,同時保持蓄電池良好的通風(fēng)和散熱條件。具體來說,安放蓄電池的房間應(yīng)有空調(diào)設(shè)備。蓄電池擺放要留有適當(dāng)?shù)拈g距,改善電池與環(huán)境媒介的熱交換。電池間保持不小于15mm的間隙,電池與上層隔板間有不小于150mm的間距的“通風(fēng)道”來降低溫升。
2)過度充電
提升浮充電壓,或環(huán)境溫度升高,使充入電流陡升,氣體再化合效率隨充電電流增大而變小,如圖1所示,在0.05C時復(fù)合率為90%,當(dāng)電流在0.1C時,氣體再化合效率近似為零。由于過充電將使產(chǎn)生的氣體不可能完全被再化合,從而引起電池內(nèi)部壓力增加,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定壓力時,安全閥打開,氫氣和氧氣逸出,同時帶出酸霧,消耗了有限的電解液,導(dǎo)致電池容量下降或早期失效。其次,在長期過充電狀態(tài)下,H+增加,從而導(dǎo)致正極附近酸度增加,板柵腐蝕加速,使板柵變薄,加速電池的腐蝕,使電池容量降低,從而影響蓄電池的壽命。為避免產(chǎn)生多余的氣體,閥控蓄電池對充電機(jī)穩(wěn)壓、限流精度提出了較高的要求。



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