如何改進(jìn)VRLA蓄電池

由于這些失效機(jī)理，使VRLA電池進(jìn)行幾十次深循環(huán)實(shí)驗(yàn)就失效，我們把它描述成早期定量損失（電池性能的短壽命）。

板柵合金加入對(duì)氫過(guò)電位無(wú)什么影響的1％～1.5％Sn到Pb—Ca合金中，板柵抗蠕變的能力將恢復(fù)。對(duì)正板柵的深入研究表明：這種水平Sn的加入將會(huì)帶來(lái)額外的效益，增強(qiáng)板柵的抗腐能力和降低腐蝕層的電阻，正板柵中加入1％～1.5％的Sn不再承受板柵平面的膨脹，作為具有低腐蝕的效果，就可以降低板柵厚度（或重量），從而達(dá)到電池比能量的增加。

正極板對(duì)于VRLA電池，活性物質(zhì)在極板垂直方向的膨脹依然是嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)于活性物質(zhì)膨脹過(guò)程的情況，現(xiàn)在還有爭(zhēng)論，一些實(shí)驗(yàn)顯示，充電時(shí)膨脹，放電時(shí)收縮，而另外一些實(shí)驗(yàn)又表明，放電時(shí)膨脹，充電時(shí)收縮，伴隨著反復(fù)的深循環(huán)，正極活性物質(zhì)膨脹的趨勢(shì)依然處于爭(zhēng)論中。已在Brno大學(xué)開(kāi)展的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)工作，將會(huì)得到容量損失、循環(huán)和活性物質(zhì)電阻三者之間清晰的關(guān)系。

隔板對(duì)富液電池的研究表明，與8kPa壓力相比，40kPa壓力加在極板上，能阻止正極板的膨脹，從而潛在地增加循環(huán)壽命。但是有一點(diǎn)值得注意，VRLA電池中，使用AGM隔板，當(dāng)AGM隔板被電解液濕潤(rùn)后，將會(huì)收縮，當(dāng)有壓力時(shí)，其厚度將降低，而且孔的結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化，所以在設(shè)計(jì)上，同時(shí)要考慮O2的傳輸及保持對(duì)極板有足夠的壓力，現(xiàn)在ALABC的一些研究者正在探索利用不同形式的AGM，以確定一些有孔物質(zhì)能改善AGM隔板的性能。AGM的孔率和液體保持能力隨著使用纖維的直徑、細(xì)纖維的比例和加在隔板上的壓力的變化而變化。

可以考慮這樣一種材料，當(dāng)它被濕潤(rùn)或受壓時(shí)沒(méi)有收縮和孔率的變化，這種材料的應(yīng)用測(cè)試表明，至少具有300次的深循環(huán)壽命，富液式AGM隔板就是一例，但還未正式推廣使用。

充電充電的方式對(duì)VRLA電池的性能有顯著影響，對(duì)VRLA電池來(lái)講，這是一個(gè)特殊的地方。

從熱力學(xué)角度來(lái)講，電池具有不穩(wěn)定性，其電池電壓大大高于電解液中水的分解電壓，但由于Pb、Sn等元素對(duì)氫的過(guò)電位，使得在開(kāi)路狀態(tài)下電解液中水分解的速度相當(dāng)慢。

在鉛酸蓄電池中，除整個(gè)電極的充電和放電反應(yīng)外，還有四個(gè)副反應(yīng)，在正極：

（1）產(chǎn)生O2H2O→（1/2）O2＋2H＋＋2e（6）

與標(biāo)準(zhǔn)氫電位相比，電極電位接近1.75V時(shí)，反應(yīng)就變得很劇烈。

（2）Pb的腐蝕此反應(yīng)決定于電池壽命，在電極電位較低時(shí)，比較穩(wěn)定，當(dāng)電極電位較高時(shí)：

6H2O＋Pb→PbO2＋4H3O＋＋4e（7）

在負(fù)極：

（3）產(chǎn)生H22H＋＋2e→H2（8）

其熱力學(xué)電位為0V，但由于過(guò)電位的存在，其電極電位到達(dá)較負(fù)的一定值時(shí)才產(chǎn)生H2。

（4）氧循環(huán)

O2＋2Pb＋H2SO4→2PbSO4＋2H2O（9）

所以在充電的初期，所有的充電電流消耗在充電反應(yīng)上，無(wú)氣體產(chǎn)生，但充電的后期，電壓到達(dá)某個(gè)值時(shí)，氣體就會(huì)產(chǎn)生，與充電反應(yīng)分享充電電流。

在富液電池中，H2和O2產(chǎn)生的量大致相等，在VRLA電池中，由于氧循環(huán)從而改變了負(fù)極的電極電位，過(guò)充電的主要反應(yīng)就是正極產(chǎn)生O2以及在負(fù)極還原，VRLA電池中，理想的充電反應(yīng)和氣體產(chǎn)生所消耗的電流之間的平衡對(duì)電池設(shè)計(jì)、操作狀態(tài)和過(guò)充電機(jī)制具有相當(dāng)復(fù)雜的影響，這很敏感地影響電池的循環(huán)壽命。

對(duì)充電過(guò)程來(lái)講，要盡可能地有效，如果氧的產(chǎn)生占用太多電流，對(duì)電池將產(chǎn)生有害的影響。氧氣在負(fù)極還原時(shí)，將產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致負(fù)極嚴(yán)重的去極化，使電池充電困難。因此過(guò)充電的程度可用O2循環(huán)來(lái)表示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，適當(dāng)?shù)倪^(guò)充能延長(zhǎng)電池的深放電循環(huán)壽命，但過(guò)量的過(guò)充電則是有害的。

大量試驗(yàn)表明，充電方式對(duì)VRLA電池性能具有相當(dāng)重要的影響，許多研究者已對(duì)此開(kāi)展研究，主要問(wèn)題有以下四個(gè)方面：

（1）在過(guò)充電階段，充電過(guò)程的有效性減少，將導(dǎo)致隔板的飽和度降低。

（2）大量的氧循環(huán)將產(chǎn)生熱和阻止負(fù)極板的充電。

（3）詳細(xì)的充電機(jī)制，特別在充電的最后階段和

終止?fàn)顟B(tài)對(duì)于控制氧循環(huán)是相當(dāng)重要的。

（4）充電不足會(huì)導(dǎo)致電池的壽命縮短，為了防止

氣體的問(wèn)題，就使用不完全充電狀態(tài)（PSOC），但是為了取得電池組的平衡，間歇使用完全充電或過(guò)充電。

負(fù)極板VRLA電池的早期失效主要因素是正極板柵及其活性物質(zhì)，當(dāng)這些因素被克服后，不管在浮充使用或循環(huán)使用，負(fù)極板則成為制約蓄電池壽命的主要因素，其主要原因就是在電池壽命的最后一段時(shí)間負(fù)極板充電困難。

VRLA蓄電池中負(fù)極板引起其容量的逐漸損失，可能的原因如下：

（1）由于VRLA電池中的氧循環(huán)，破壞了負(fù)極板

中的有機(jī)物分子，使有機(jī)膨脹劑損失，導(dǎo)致電極表面收縮。

（2）電解液分層。

（3）由于氧還原而導(dǎo)致的去極化，以及自放電大而導(dǎo)致電池充電無(wú)效。

3結(jié)語(yǔ)

近幾年，對(duì)VRLA蓄電池壽命的研究主要集中在深放電性能上，以便能改進(jìn)其在電動(dòng)車上的運(yùn)用，并且已取得了不少的進(jìn)步，使在最初的300～500次循環(huán)中，由于正極板因素引起的問(wèn)題得到了解決?，F(xiàn)在的主要任務(wù)是解決負(fù)極板的問(wèn)題，以使VRLA電池能達(dá)到富液電池的水平。