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阀控式密封铅酸蓄电池的密封反应效率及其影响因素
作者:上海群蓝太阳能能源 朱磊
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电池/开关电源展厅
电池, 碱性电池, 锂离子电池, 纽扣电池, 太阳能电池, ...
1 前言

阀控式密封铅酸蓄电池(以下简称阀控电池)由于具有不漏液、自放电小,免维护等优点,被广泛应用于UPS电源、邮电、铁路机车,电站等领域。阀控电池之所以能免维护,是由于充电时产生的氧气在电池内部可以被“再化合”。

I/2O2+Pb→PbO (1)
PbO+H2SO4→PbSO4+H2O (2)
PbSO4+H++2e→Pb+HSO4- (3)

氧气与铅的反应就等于使负极放电,去极化,所以也不会产生气体氢,这样电解液中的水分就不会损失,不用象富液电池那样经常加水维护。这是理想状态下的情形。实际上,正极产生的氧只有到达负极表面并与铅反应才能被‘再化合”,氧气到达负极表面需要诸多因素的影响,为考核电池中氧被“再化合”的能力,我们用密封反应效率来表示。(实际上密封反应效率还包括氢的再化合,这里忽略不计)。

密封反应效率的测定方法,一般是在完全充电的电池上,用0.005I10电流连续充电1小时后,开始收集气体1小时,然后用下述的(4)式计算出结果:

η=(1一v/684) X100% (4)

式中η—密封反应效率
v—校正后的在25℃、1个大气压下的气体收集过程中通过1Ah电量的气体排出量mL/Ah。
684—在25℃,1个大气压下的通过IAh电量的理论析气量mL/Ah。

其试验装置如下图:

newmaker.com

阀控电池的密封反应效率,除和蓄电池结构有关外,还可能和电池的灌酸量、板栅合金与正负极活性物质比氧隔板性能、隔板压缩度,电解液密度、负极添加剂、电池的开闭阀压力电池内部温度等因素有关。

2 密封反应效率的影响因素

2.1 电池的灌酸量

在正常的充电方式中,正极的较低充电效率导致先析出氧气,产生的量随充电的进行而增加。在开口式设计中,析出的气体渗透到极板与隔板之间并且进入到电池上部空间。在阀控电池中,隔板的压缩特性在某种程度上阻止了这种途径,但却提供了通过隔板进入负极的另一途径。这一过程受氧气扩散控制,并且在一定程度上取决于隔板的饱和度。

当酸加入电池中,它自动进行空间排列,使得表面能减到最小。由于空气/液体的界面张力大,在隔板中使得电解液与玻璃纤维接触的面积最大,而与气相接触的表面积最小。

当饱和度增加时,酸跨过小的空隙桥接,再留在大空隙中,并自由地到达气体通道,在较高饱和度时,较大尺寸的孔隙逐渐堵塞。大约90%饱和度时,最大孔隙被桥接,残留的10%(按体积计)气体含在孤立不连续的气泡中,这些气泡对氧迁移不会起有效作用。然而,在饱和度>90%的设计中,气体迁移会明显发生并可获得高的密封反应效率。这种事实可以用部分排酸量来解释。在紧装配时,通过隔板析出的氧气产生跨过隔板的分压,该压力直到它超过较大孔隙排出电解液,并经隔板传递到负极表面所需要的临界压力为止,这种行为相似于气体扩散电极的特性,Khomskage等人发现,当迁移率受到扩散限制时,析出的氧只有5%能到达负极并还原,借助压力促进迁移的方法,还原电流可提高一个数量级。对于较小的孔隙来说,需要较高压力来排出酸,气体进入电池上部空间并通过低压阀排出的可能性增加。

阀控电池的密封反应效率对注入酸的数量十分敏感,尤其是在隔板压缩较大的情况下,多加1%的酸,密封反应效率就会由99%下降至70%—80%。因此,使用普通玻纤隔板必须控制隔板中的酸量,避免氧的扩散通道受阻,同时还要防止灌酸量不足,使电池容量受到限制。

2.2 正负活性物质比率与板栅合金

早期的关于密封再化合的文献都强调活性物质配比的重要性,人们认为负极活性物质需要过量,因正极先达到析气电压时,氧才能比负极的氢气先产生。

实验表明,正负活性物质比例的变化对密封反应效率没有任何影响,在实验范围内,密封反应效率几乎都达到99%以上。这为阀控电池的设计提供了有利的依据,再次证明增加正极活性物质比例时,无需担心O2的再化合效率。

板栅合金本身对密封反应效率也没有影响,它只影响电池的析气电压。铅钙合金要比铅锑合金的析氢电压高100mV左右。因此确定电池的充电电压极限时,要考虑板栅合金的影响。

2.3隔板的性能

在阀控电池中,隔板有几种在电池性能中起重要作用的其它功能作用,它是一个贮酸器。因为电解液被完全吸收并均匀快速分布其中,所以,孔隙体积和吸酸能力是一种重要特征。为了保持电接触和足以支撑活性物质,隔板在润湿和干燥条件下必须可压缩和有弹性。

正负活性物质和隔板中都有一个孔径范围,控制隔板中玻纤的直径,可调节隔板中与极板中吸酸量的比例。若改变隔板材料,使其中小于活性物质的孔的比率增加,则隔板吸酸量比例要增加。

隔板中酸量接近饱和时氧的扩散受阻,密封反应效率降低,为改善这一特性,在隔板中加入一部分憎水材料,即所谓的二代隔板,这部分憎水材料可以保证在有未被吸附的自由电解液的情况下,仍有未被灌酸的孔,使氧得以扩散到负极再化合。

2.4 隔板压缩度

在压缩度为10%~30%范围内,所做的隔板对密封反应效率影响的实验表明,隔板的压缩对密封反应效率没有明显的影响,只是压缩度增加使隔板吸酸率降低,若吸附的电解液量少于活性物质放电所需要的量,则低倍率容量下降。压缩度增大,因极板间距减少,电池的冷起动性能会得到显著提高。

2.5电解液密度

电解液密度对密封反应效率有一定的影响,随着电解液密度的增加,密封反应效率降低, 这可能和电解液的表面张力变化有关。

2.6 负极添加剂

有些添加剂对氧的还原具有阻止用,如1,2酸,有些添加剂对O2的还原具有促进作用,如碳黑等。由于木素和硫酸钡能增大负极活性物质的比表面积,也能提高阀控电池的密封反应效率。

2.7 其它

阀控电池的安全阀开启压力大小,直接影响到电池内部氧气的分压,因此也对密封反应效率有一定的影响,开启压力越大,密封反应效率也越大:

3 结论

阀控电池的灌酸量、隔板性能,隔板压缩度、负极添加剂等对密封反应效率均有不同程度的影响。但是,影响阀控电池密封反应效率的最主要因素是隔板饱和度。正负活性物质比例和密封反应效率没有任何关系,板栅合金只影响电池的充电电压选择,并不影响电池的密封反应效率。
文章内容仅供参考 (投稿) (9/30/2008)
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佳工网友 梁耀钦 (Email) 于10/31/2008 6:42:00 AM评论说:
问:所谓二代隔板哪里生产?哪里有销售?(电话:0750-8699089)


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