VRLA蓄電池的工作特點(diǎn)

眾所周知，VRLA電池(閥控式密封鉛酸蓄電池)也是鉛酸蓄電池，既然是鉛酸蓄電池，它就應(yīng)該有著與開(kāi)口式鉛酸電池同樣的工作原理。這就是說(shuō)VBLA電池實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和能量?jī)?chǔ)存的載體與開(kāi)口式的是一樣的，其參加電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)也是一樣的，都是在充電時(shí)，正極由硫酸鉛(PbSO4)轉(zhuǎn)化為二氧化鉛(Pb02)后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在正極板中;負(fù)極由硫酸鉛(PbSO4)轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛(海綿狀Pb)后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在負(fù)極板中。在放電時(shí)，正極由二氧化鉛(PbO2)變成硫酸鉛(PbSO4)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能向負(fù)載供電，負(fù)極由海綿狀鉛(海綿狀Pb)變成硫酸鉛(PbSO4)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能向負(fù)載供電。當(dāng)然，肯定是要由正極和負(fù)極同時(shí)以同當(dāng)量同狀態(tài)下(如充電或放電態(tài))進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)上述充電或放電過(guò)程的，任何時(shí)候任何情況下都不可能由正極單獨(dú)或由負(fù)極單獨(dú)來(lái)完成上述電化學(xué)反應(yīng)的。由此可知，如果一只電池中正極板是好的，而負(fù)極板壞了的話，那就等于這只電池變成了報(bào)廢電池了。同樣，如果一只電池中的負(fù)極板是好的，而正極板壞了的話，這只電池也只能是一只報(bào)廢電池了。除此之外，正極板中可以參加能量轉(zhuǎn)換的物質(zhì)量(活性物質(zhì)的量)與負(fù)極板中可以參加能量轉(zhuǎn)換的物質(zhì)量(活性物質(zhì)的量)要互相匹配。如果不匹配，一個(gè)多，一個(gè)少的話，那個(gè)多出來(lái)的部分是一種浪費(fèi)，而且每一種參加電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)與另一物質(zhì)相匹配的量都是不同的，科學(xué)家們把每一種物質(zhì)可將一個(gè)安培小時(shí)的電量(1從)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)的該物質(zhì)的這個(gè)量叫做電化當(dāng)量(即電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的相當(dāng)物質(zhì)的量)。每一種活性物質(zhì)的電化當(dāng)量都是由其電化反應(yīng)方程式中計(jì)算出來(lái)的。以上所說(shuō)的鉛酸蓄電池工作原理的全部?jī)?nèi)容(包括電化當(dāng)量)可以用如下電化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)表示：PbO2+Pb+2H2S04←→2PBS04+2H20

當(dāng)上述電化學(xué)反應(yīng)式由左向右進(jìn)行時(shí)，是電池的放電反應(yīng)。當(dāng)上述電化學(xué)反應(yīng)式由右向左進(jìn)行時(shí)，是電池的充電反應(yīng)。

從該電化學(xué)反應(yīng)式中可以看出，在電池放電時(shí)，正極必須有1個(gè)克分子量的二氧化鉛，負(fù)極必須有1個(gè)克分子量的海綿狀鉛，同時(shí)還應(yīng)有2個(gè)克分子量的硫酸參與這個(gè)放電過(guò)程才能順利進(jìn)行。利用法拉弟定律中的法拉弟常數(shù)，通過(guò)上述電化學(xué)反應(yīng)方程式，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得知：二氧化鉛的電化當(dāng)量為41.46g/從，海綿狀鉛的電化當(dāng)量為33.87s/Ah。這就是說(shuō)：要使VRLA電池放出一個(gè)安培小時(shí)的電量來(lái)，正極必須有41.46g的二氧化鉛活性物質(zhì)，同時(shí)負(fù)極必須有33.87g海綿狀鉛活性物質(zhì)在足夠量的硫酸存在下才能如愿。要使VRLA電池放出100Ah的電量來(lái)，正極必須有4146g二氧化鉛，負(fù)極要有3387g海綿狀鉛才能實(shí)現(xiàn)。這就從原理上說(shuō)明了電池的電容量為什么會(huì)是由活性物質(zhì)量的多少來(lái)決定的道理。這也是用戶在購(gòu)買電池時(shí)，為什么說(shuō)重量大的電池比重量小的電池其質(zhì)量好的根本原因所在。當(dāng)然，這里列出的電化當(dāng)量只是一個(gè)理論值。VRLA電池除了有著與開(kāi)口鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)方式一樣的相同工作原理外，它還有著與開(kāi)口鉛酸蓄電池所不一樣的工作原理，那就是陰極吸收原理，所謂陰極吸收原理指的是電池在充電時(shí)，特別是在充電末期，正極會(huì)產(chǎn)生氧氣，由于VRLA電池是全密封的，產(chǎn)生的氣體不會(huì)象開(kāi)口電池那樣隨時(shí)都可以通過(guò)開(kāi)口而散發(fā)到電池體外去，產(chǎn)生的氣體會(huì)在電池槽內(nèi)積聚。隨著電池內(nèi)部積聚的氣體量的不斷增多，電池內(nèi)部的壓力逐漸上升。正因?yàn)殡姵貎?nèi)部存在著一定的內(nèi)壓，正極產(chǎn)生的氧氣會(huì)跑到負(fù)極上。由于正極上生成的是氧原子，而氧原子又具有很強(qiáng)的氧化性，這種具有強(qiáng)氧化能力的氧原子跑到負(fù)極后，會(huì)將負(fù)極在充電時(shí)剛生成的也具有很大活性的海綿狀鉛氧化而生成氧化鉛，氧化鉛繼而與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水，硫酸鉛正好又是負(fù)極放電的產(chǎn)物，硫酸鉛在充電時(shí)又生成海綿狀鉛，海綿狀鉛再吸收正極產(chǎn)生的氧而生成氧化鉛，這樣周而復(fù)始的反復(fù)進(jìn)行著這一反應(yīng)，正極上產(chǎn)生的氧都被負(fù)極吸收了，再怎么充電也不會(huì)有氧氣生成，電池內(nèi)部壓力不會(huì)繼續(xù)上升，更用不著擔(dān)心電池會(huì)發(fā)生爆炸了。為了防止在特殊情況下電池內(nèi)部由于氣體的聚積而增大內(nèi)部壓力引起電池爆炸，在設(shè)計(jì)時(shí)，又特地在電池的上蓋中設(shè)置了一個(gè)安全閥，當(dāng)電池內(nèi)部壓力達(dá)到一定值時(shí)，安全閥會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，釋放一定量氣體降低內(nèi)壓后，安全閥又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。以上所述，就是ⅧIA電池的陰極吸收原理。正因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)和發(fā)明了這種電池的陰極吸收原理，才可以把開(kāi)口式鉛酸蓄電池做成全密封的，VRLA電池才得以問(wèn)世。

當(dāng)然，要使VRLA電池的陰極吸收原理得以維持，第一個(gè)先決條件就是電池必須是密封的，不是密封的，電池內(nèi)部不存在一定的內(nèi)壓，正極生成的氧就不可能跑到負(fù)極被負(fù)極吸收，氧氣就會(huì)跑出去，跑掉了氧就等于是電池內(nèi)部的水跑掉了，電池失水了，就應(yīng)補(bǔ)水，需要補(bǔ)水也就不稱之為VRLA電池了，那就變成開(kāi)口電池了。由此可見(jiàn)，VRLA電池密封性能的好壞是一個(gè)很關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，用戶在挑選電池時(shí)應(yīng)高度重視這一問(wèn)題，哪怕是稍微有一點(diǎn)漏氣或滲液，也會(huì)直接影響到電池的使用壽命。電池組中如果出現(xiàn)一塊這樣的電池，會(huì)因這塊電池首先變成落后電池而影響整個(gè)電池組的綜合性能，也會(huì)引起電池組中各電池電壓的不均衡而形成惡性循環(huán)。郵電部YD/T799標(biāo)準(zhǔn)中為何要規(guī)定電池的氣體復(fù)合率在95%以上，其原因就在于此。

當(dāng)然，要使VRLA電池的陰極吸收得以很好的進(jìn)行，要保證它的氣體復(fù)合率高，產(chǎn)生的氣體基本上都生成水又回到電池內(nèi)，除了氣密性是一個(gè)很重要的問(wèn)題外，還應(yīng)考慮與之配套的措施是否得力。例如：在結(jié)構(gòu)上，VRLA電池必須是貧液式的，要留出足夠的空間和通道讓正極產(chǎn)生的氧能迅速而又順暢的跑到負(fù)極而被負(fù)極吸收，這也是VRLA電池為什么沒(méi)有多余電解液的原因所在。又如：采用的超細(xì)玻璃纖維隔板應(yīng)該有足夠大的孔率，以保證正極產(chǎn)生的氧能通過(guò)隔板的小孑L跑到負(fù)極被吸收。因此，VBLA電池所用隔板的質(zhì)量好壞也是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。

VRLA電池在充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧因?yàn)楸回?fù)極吸收了，而可以將開(kāi)口的做成密封電池了，那么負(fù)極充電時(shí)產(chǎn)生的氫氣不是仍然存在嗎?電池不是仍然存在著失水和爆炸的危險(xiǎn)嗎?這一問(wèn)題科學(xué)家們是通過(guò)改變負(fù)極合金配方，采用新的合金材料(如鉛鈣合金)，使氫在這種材料上放電(得到電子生成氫氣)的電位提高了(叫做提高了氫的過(guò)電位)本來(lái)充電電壓達(dá)到某一值時(shí)氫離子就要在陰極上放電，生成氫氣。由于鉛鈣合金的采用，充電電壓達(dá)到原來(lái)數(shù)值時(shí)氫離子不放電了，不生成氫氣了。但不管如何改變合金配方，也不管如何提高氫的過(guò)電位，當(dāng)充電電壓達(dá)到氫離子放電的電位時(shí)，氫氣總是要生成的。各生產(chǎn)廠家為什么都會(huì)給自己的電池規(guī)定一個(gè)在一定范圍內(nèi)的浮充電壓值，其道理就是要控制氫氣的產(chǎn)生，防止電池失水。