浅析:蓄电池的四个发展阶段

2011-03-23 20:27:23来源: 互联网

1.1.1普通铅酸蓄电池

在50年代,生产的铅蓄电池叫普通电池,当时的产品用户启用时都要有“初充电”工艺环节。电解液注入电池后,电池发热,待电解温度降下来后,进行第一次充电。充电后再放出容量,这个循环叫充放电循环。初充电的工艺过程在早期有6次充电5次放电之多,后随着技术的发展,充放电循环次数逐步减少。铁道部原机务局曾规定三充两放。

为什么要进行三充两放?

三充两放的目的是检测蓄电池的实际容量。

铅蓄电池电化反应方程式是:

PbO+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4......(1.1)

电池放电的条件是右边的三要素,缺一不可。放出的电容量是按桶板原理组成的,但新电池的放电却得不到应有的容量,这是因为负板Pb在硫酸电液注入前就被氧化了。

2Pb+O2=2PbO.....(1.2)

在电池生产的化成工序中,生极板变成了熟极板,熟负极板上的铅具有高度活化性,从化成槽中取出后,可同空气中的氧迅速进行1.2式的反应,同时放出大量的热。于是,极板就由高势能状态降低为低势能状态,这个反应使负极板失去了活性。在潮湿的条件下,反应进行的十分迅速。经水洗干燥后,这种反应并没有停止。组装成电池,直到启用时仍在进行。注入硫酸电解液后。就再次发生电热反应。

PbO+H2SO4=PbSO4+H20+Q......(1.3)

这个反应使电池负极失去了电活性。初充电的充放电循环目的就是将负极板活化。

1.1.2发展到干荷电电池

为了给用户提供方便,取消初充电工艺环节,就需要保护负极板,使其在生产、储运过程中不被氧化。这就需要使负极板活性物质具有抗氧化能力,现在采取的技术措施是:

①.在铅膏配方中添加抗氧化剂,如松香、乙二酸。

②.将铅微粒包裹一层抗氧化剂,如油、硼酸。

只要将负极保护好,不使其氧化,这样就得到了在未注液前的干状态下就能保持其带电性的荷电极板,简称干荷电极板。用干荷电极板组装电池一旦注液,30分钟内电池就能达到80%的容量,电池就可投入使用。

1.1.3.发展到免维护电池

在电池的使用中,常需要补充水,因为一旦缺水电池就损坏了。补水是件十分麻烦的事,因为许多用户在需要补水时找不到合格的电瓶水。

电池失水的原因是:

①物理失水:电解液会受热蒸发。

②化学失水:由于杂质存在,杂质与铅构成微电池,使水不断分解成气体。

③电化失水:过充电时,当充电电压超过2.3V时,水分解就发生。要减少其耗电量,必须将水的分解电压值提高。

在以上这三种失水形式中,后两种是主要的,最后一种原因造成失水的比例最大。

现已找到一种铅钙合金,使用铅钙合金制造电池时,水的分解电压就由2.3V提高到2.45V。如果将充电电压控制在2.45V以下,电池在使用时的耗水量就能降到很少,汽车电池充电电压是14.4V±0.1V,平均到每个单格为2.4±0.016V。现已做到汽车电池连续装车行驶6个月-8个月加一次水,生产厂家为了推销方便,把这个耗水量很低的电池起名为“免维护电池”,即“MF”电池,这是这种电池的商业名字。事实上,这种电池维护工作包括:检测技术状态、补充电、补水。只把加水周期延长了,对维护的要求高了,并不是真正意义的“免维护”。

从技术角度分析,真正免维护电池是没有的。

1.1.4.发展到密闭电池

免维护电池的水耗电量能否再减少,使电池在整个使用期内不补水,在特殊情况下电池允许自由取向,立式、卧式都能工作。

密闭电池的关键是如何将电池中产生的气体在电池中重新合成为水。

密闭电池早在50年代就有,那时是采用金属钯作催化剂,使电池中的氢气和氧气在无焰状态下化合成水

H2+O2→H2O+Q......1-4

由于化合是从高能态的气体转化成低能态的液体,所以会释放出大量的热,这些热量能使钯珠的温度达300℃左右。由于钯昂贵,电池使用条件十分严格,所以这种电池只有在特殊情况下使用,如潜艇、水电站等。

到70年代,又发展一种阴极吸收式密闭电池,这种电池消除气体的办法是,首先使电池尽可能不产生氢气H2,氧气O2是通过负极吸收转化成液体的成份。

转化过程如式1-5所示:

负极充电

O2+Pb→PbO+H2SO4→PbSO4+H2O→Pb+H2SO4....1-5

消气过程是:在正极PbO2上充电时产生O2,同负极上Pb反应生成氧化铅PbO,PbO同电解液中的硫酸H2SO4反应生成硫酸铅PbSO4和水,负极上的PbSO4经充电又恢复成Pb,硫酸根SO2-4又一次进入电液,使电液密度值升高。

在上述消气过程中,其关键是隔板必须是透气的。现采用的办法是利用玻璃毛毡的吸液性,在用玻璃毛毡制成的隔板中保持气相、液相、固相共存。这样,在正极上产生O2能通过毛毡上的气体通道,逐步扩散到负极上去。消除O2的过程是个动平衡的过程,产生O2的量与消除O2的量达到平衡时,电池使用才是安全的。

一旦发生过充电,产生O2的量大于消除O2的量,会使电池内气体压力越来越大,为了避免发生爆炸事故,电池顶盖上都设有安全阀,以防不测。所以这种电池都叫“阀控式阴极吸收密闭免维护电池”。

不难理解,密闭电池应使用电压精度较高的恒压充电机充电,绝对不允许用恒流充电进行补充电作业。过充电对密闭电池来讲可谓是第一杀手。

关键字:浅析

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0323/article_6018.html
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