如何改進(jìn)VRLA蓄電池

1概述

鉛酸蓄電池研究和發(fā)展的主要目的：

——取得最大的放電容量和深放電的運(yùn)用；

——經(jīng)歷多次充、放電循環(huán)后，盡可能能維持最大容量。

鉛酸蓄電池的放電反應(yīng)表述如下：

正極：PbO2＋3H＋＋HSO4－＋2e→PbSO4＋2H2O（1）

負(fù)極：Pb＋HSO4－→PbSO4＋H＋＋2e（2）

在最大放電容量中面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)就是如何推進(jìn)所有的反應(yīng)物快速地到達(dá)反應(yīng)區(qū)域,為了達(dá)到此目標(biāo),三個(gè)主要單元必須提供：

——固體反應(yīng)物的表面積；

——在溶液中高的流速（短的擴(kuò)散距離）；

——低電阻以維持相應(yīng)的電子流。

每次放電后，最理想的狀態(tài)包括：固體的高表面積和與板柵之間的低電阻通過(guò)式⑴和式⑵的逆反應(yīng)它們就能充電、貯存。在理想狀態(tài)下電池循環(huán)時(shí)，其容量保持不變。

實(shí)際上，從壽命的開(kāi)始，固體活性物質(zhì)的利用率只有30％左右（現(xiàn)在可達(dá)40％），隨著過(guò)程的進(jìn)行，循環(huán)次數(shù)的增加，將降低其性能，幾種嚴(yán)重的失效機(jī)制影響著一種或多種活性物質(zhì)的供應(yīng)和狀態(tài)。諸如：

（1）正極活性物質(zhì)的膨脹在極板的垂直和平行方向,由于板柵腐蝕延長(zhǎng)而導(dǎo)致極板膨脹,這種漸漸的膨脹將影響板柵和活性物質(zhì)之間的連接以及導(dǎo)電性。

（2）失水過(guò)充電時(shí)產(chǎn)生O2和H2將減少電解液

的體積，使活性物質(zhì)和電解液失去接觸，這個(gè)過(guò)程將越來(lái)越快;對(duì)氫過(guò)電位有影響的雜質(zhì)也能影響氣體產(chǎn)生的趨勢(shì)。

（3）電解液分層進(jìn)行深放電使用后的充電過(guò)程

中硫酸產(chǎn)生于極板之間，在電池底部具有匯集較高濃度的硫酸的趨勢(shì)。因?yàn)樗认∷峋哂懈叩谋戎兀诓煌叨鹊姆植紝⒂捎跀U(kuò)散作用或者過(guò)充電產(chǎn)生大量氣體而消除。

（4）不完全充電不管是由于不好的充電制度，

還是由于防止極化所產(chǎn)生物理變化的結(jié)果，后來(lái)的放電將減少。

（5）腐蝕腐蝕層將導(dǎo)致電阻的上升，高的電阻

將導(dǎo)致電流減少。

傳統(tǒng)的富液式動(dòng)力電池能防止幾種基本的故障是基于以下原因：

（1）正板柵的Sb能防止蠕變，管式極板能阻止正極活性物質(zhì)的膨脹和脫落。

（2）水的損失將增多，但可以通過(guò)補(bǔ)充而抵消。

（3）分層將由于氣體的移動(dòng)而消失，同時(shí)負(fù)極的

不完全充電將得到恢復(fù)。

（4）板柵腐蝕成為電池壽命終止的因素。

富液電池能夠進(jìn)行1000次深放電循環(huán)，VRLA蓄電池是否也能取得相同的循環(huán)壽命？

2VRLA蓄電池

VRLA蓄電池被設(shè)計(jì)成有利于O2在負(fù)極的化合,從而減少水的損失。

在正極形成O2：2H2O→4H＋＋O2↑＋4e（3）

通過(guò)氣體通道傳輸?shù)截?fù)極，被還原

2Pb＋O2＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O＋熱（4）

現(xiàn)在,有兩種可供選擇的設(shè)計(jì)方案用來(lái)提供氣體通道;一是保持電解液在AGM隔板中，二是將電解液固定為膠體。今天，有一些生產(chǎn)廠將兩種方法結(jié)合起來(lái)，效果還不錯(cuò)。

在負(fù)極，氧的還原，使負(fù)極的電極電位去極化，比起富液電池來(lái)，氫氣產(chǎn)生的量相當(dāng)?shù)停热粯O板同時(shí)處于充電狀態(tài)，PbSO4立即轉(zhuǎn)變?yōu)镻b，重新恢復(fù)電池的化學(xué)平衡。

2PbSO4＋2H＋＋2e→Pb＋H2SO4（5）

凈的化學(xué)反應(yīng)為零,但在充電過(guò)程中充入電池的電能則轉(zhuǎn)變成熱能而不是化學(xué)能。

Sb不再存在于VRLA電池的板柵合金中，Sb能降低氫的過(guò)電位而有利于H2在負(fù)極產(chǎn)生。對(duì)于這類元素，在引入時(shí)要特別小心，如果電池在初期處于過(guò)飽和狀態(tài)，氧循環(huán)就不起作用，電池的行為就像富液電池，直達(dá)充電的頂峰，正極產(chǎn)生O2和負(fù)極產(chǎn)生H2，將通過(guò)閥而釋放，水的損失將開(kāi)辟氣體通道，允許O2的傳輸，使電池釋放的氣體降低到很低水平。

為了防止電池大量損失氣體，氧循環(huán)就必須進(jìn)行，然而，如果氧循環(huán)太激烈，將產(chǎn)生大量的熱，負(fù)極就很難極化，負(fù)極板底部將逐漸硫酸鹽化，這時(shí)，酸的濃度就最高。

氧循環(huán)與隔板材料的孔結(jié)構(gòu)和采用的充電制度，特別后期充電具有潛在的關(guān)系。

所以，從富有液電池變?yōu)閂RLA蓄電池，則有幾種可能失效的機(jī)理發(fā)生：

（1）用Pb—Ca代替Pb—Sb合金，減少了氫的損失，抗蠕變力的降低使在極板水平方向的膨脹將越嚴(yán)重，保持隔板的壓力使膨脹只存在于極板的水平方向。

（2）水的損失將減少

（3）分層現(xiàn)象將不可避免地產(chǎn)生，多余的水損失后不能彌補(bǔ)。

（4）氧循環(huán)的存在導(dǎo)致負(fù)極不完全充電。