脉冲修复铅酸蓄电池硫化的基本原理

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欢迎访问e展厅 展厅 9 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, ... 脉冲修复铅酸蓄电池硫化的基本原理 1 什么是电池硫化？ 在极板上生成白色坚硬的硫酸铅结晶，充电时又非常难于转化为活性物质的硫酸铅，这就是硫酸盐化，简称为“硫化”。生成这种硫酸铅的原因是过放电或放电后长期放置时，硫酸铅微粒在电解液中溶解，呈饱和状态，这些硫酸铅在温度低时重新结晶，而在结晶质硫酸铅是析出。这样在一度析出的粒子上一次又一次地因温度变动而生长、发展，使结晶粒增大。这种硫酸铅的导电性不良、电阻大，溶解度和溶解速度又很小，充电时恢复困难。因而成为容量降低和寿命缩短的原因。 2 产生硫化的原因是什么？ 正常的铅蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶，充电时比较容易地还原为铅。如果电池地使用和维护不善，例如经常充电不足或过放电，负极上就会逐渐形成一种粗大坚硬硫酸铅。这种硫酸铅用常规的方法充电很难还原，要求充电电压很高，由于充电时充电接受能力很差，大量析出气体。这种现象通常发生在负极，被称为不可逆硫酸盐化。它引起蓄电池容量下降，甚至成为蓄电池寿命终止的原因。 一般认为，这种不可逆硫酸盐化的原因是硫酸铅的重结晶，粗大结晶形成后溶解度减少. 硫酸铅的重结晶使晶体变大，是由于多晶体系倾向与减少小其表面自由能的结果 。从结晶过程规律可知，小结晶尺寸的溶解度大于大结晶尺寸的溶解度 。 因此，当长期存放或过放电时，大量的硫酸铅存在，再加上硫酸浓度和温度的波动，个别的硫酸铅晶体就可以依附靠近小晶体的溶解而长大。 有人提出与上述完全不同的观点，认为不可逆硫酸盐化常常与电解液中存在大量表面活性物质有关，这些表面活性物质作为杂质存在。由于吸附减小了硫酸铅的溶解度，充电时会使铅离子还原的极限电流下降。 表面活性物质也会吸附在正极上，但它不至于引起不可逆硫酸盐化，因为正极在充电时进行阳极氧化过程，其电势足以破坏表面活性物质，使之被氧化为水和二氧化碳。 防止负极不可逆硫酸盐化最简单的方法是，及时充电和不要过放电。蓄电池一旦发生了不可逆硫酸盐化，如能及时处理尚能挽救。一般的处理方法是：将电解液的浓度调低（或用水代替硫酸），用比正常充电电流小一半或更低的电流进行充电，然后放电，再充电......如此反复数次，达到应有的容量以后，重新调整电解液浓度及液面高度。 3 电池硫化的危害是什么？ 轻微的电池硫化，会降低电池的容量，电池内阻增加，严重时则电极失效，充不进电。轻微的电池硫化，尚可用一些方法使它恢复，严重时采用一般的充电方法是不能够恢复容量的。 4 电池硫化的特点是什么？ 硫化的电池最明显的外特征是电池容量下降，内阻增加。当然，如果电池失水和正极板软化也具有这个外特性。鉴别电池是否硫化的方法，往往是采用脉冲修复仪对电池进行脉冲修复，如果容量上升，就是硫化，如果没有一点点容量上升，电池容量下降可能是其它原因产生。 5 消除电池硫化的方法有几种？特点是什么？ 1）水疗法 如果硫化不太严重，可以使用较稀的电解液，密度在1.100g/cn3以下，即向电池中加水稀释电解液，以提高硫酸铅的溶解度。并用20h率以下的电流，在液温30℃～40℃的范围内较长时间充电，可能得以恢复。如果电解液密度较高，则充电时只进行水分解，活性物质难以恢复。 2） 大电流充电 若认为吸附是造成硫酸盐化的原因，则可以用高电流密度充电（达100mA./cm2）。在这样的电流密度下，负极可以达到很负的电势值，这时远离零电荷点，使φ－φ（0）＜0，改变了电极表面带电的符号，表面活性物质会发生脱附，特别是对阴离子型的表面活性物质，这种有害的表面活性物质从电极表面上脱附以后，就可以使充电顺利进行。目前国内几乎没有人使用这种方法处理不可逆硫酸盐化，可能出于以下考虑：高电流密度下极化和欧姆压降增加，这部分能量转化为热，使蓄电池内部温度升高，同时又有大量的气体析出，尤其是正极大量气析出气体，其冲刷作用易使活性物质脱落。 3）脉冲修复 按照原子物理学和固体物理学的原理，硫离子具有5个不同的能级状态，通常处于亚稳定能级状态的离子趋向与迁落到最稳定的共价键能级而存在。在最低能级（即共价键能级状态），硫以包含8个原子的环形分子形式存在，这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合，难以被打碎，形成电池的不可拟硫酸盐化——硫化。多次发生这样的情况，就形成了一层类似与绝缘层一样的硫酸铅结晶。 要打碎这些硫酸盐层的束缚，就要提升原子的能级到一定的程度，这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带，使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，必须提供给一些能量，才能够使得被激活得分子迁移到更高得能级状态，太低得能量无法达到跃迁所需要得能量要求，但是，过高的能量会使已经脱离了束缚而跃迁的原子处于不稳定状态，又回落到原来的能级。这样，必须通过多次谐振，是的其中一次脱离了束缚，达到最活跃的能级状态而又没有回落的原来的能级，这样，就转化为溶解于电解液的自由离子，而参与电化学反应。 很高的电压可以实现，就是大电流高电压充电的方法，谐振也可以实现，就是脉冲谐波谐振的方法。 从固体物理上来讲，任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。一旦绝缘层被击穿，粗大的硫酸铅就会呈现导电状态。如果对高电阻率的绝缘施加瞬间的高电压，也可以击穿大的硫酸铅结晶。如果这个高电压足够短，并且进行限流，在打穿绝缘层的条件下，充电电流不大，也不至于形成大量析气。电池析气量强正相关于充电电流和充电时间，如果脉冲宽度足够短，占空比足够大，就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下，同时发生的微充电来不及形成析气。这样，实现了脉冲消除硫化。 对于密封电池来说，水疗法是无法进行的。另外，水疗法的成本和使用工时都比较大。现在有了脉冲修复的方法，已经很少见到水疗法了。 6 实现脉冲消除硫化和抑制电池硫化的方法是什么？ 可以采用脉冲保护器和修复仪来处理。 一般使用2类修复方法。其一为在线修复，把可以产生脉冲源的保护器并联在电池的正负极柱上，使用电池或者充电器的电源或者使用外来的市电，就会有脉冲输出到电池上面。这种修复方式所需要的能源很少，比较慢，但是由于常年并联在电池极柱2端，慢也没有关系。对于没有硫化的电池，可以抑制电池的硫化。 其二为离线式的，可以产生快速的脉冲，脉冲电流相对比较大，产生脉冲的频率比较高，脉冲占空比比较大。一些产品还具有自动控制。这种修复仪主要是用来修复已经硫化的电池。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/15/2008)