淺析：蓄電池的四個(gè)發(fā)展階段

1.1.1普通鉛酸蓄電池

在50年代，生產(chǎn)的鉛蓄電池叫普通電池，當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品用戶啟用時(shí)都要有“初充電”工藝環(huán)節(jié)。電解液注入電池后，電池發(fā)熱，待電解溫度降下來(lái)后，進(jìn)行第一次充電。充電后再放出容量，這個(gè)循環(huán)叫充放電循環(huán)。初充電的工藝過(guò)程在早期有6次充電5次放電之多，后隨著技術(shù)的發(fā)展，充放電循環(huán)次數(shù)逐步減少。鐵道部原機(jī)務(wù)局曾規(guī)定三充兩放。

為什么要進(jìn)行三充兩放?

三充兩放的目的是檢測(cè)蓄電池的實(shí)際容量。

鉛蓄電池電化反應(yīng)方程式是：

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

電池放電的條件是右邊的三要素，缺一不可。放出的電容量是按桶板原理組成的，但新電池的放電卻得不到應(yīng)有的容量，這是因?yàn)樨?fù)板Pb在硫酸電液注入前就被氧化了。

2Pb+O2=2PbO.....（1.2）

在電池生產(chǎn)的化成工序中，生極板變成了熟極板，熟負(fù)極板上的鉛具有高度活化性，從化成槽中取出后，可同空氣中的氧迅速進(jìn)行1.2式的反應(yīng)，同時(shí)放出大量的熱。于是，極板就由高勢(shì)能狀態(tài)降低為低勢(shì)能狀態(tài)，這個(gè)反應(yīng)使負(fù)極板失去了活性。在潮濕的條件下，反應(yīng)進(jìn)行的十分迅速。經(jīng)水洗干燥后，這種反應(yīng)并沒(méi)有停止。組裝成電池，直到啟用時(shí)仍在進(jìn)行。注入硫酸電解液后。就再次發(fā)生電熱反應(yīng)。

PbO+H2SO4=PbSO4+H20+Q......（1.3）

這個(gè)反應(yīng)使電池負(fù)極失去了電活性。初充電的充放電循環(huán)目的就是將負(fù)極板活化。

1.1.2發(fā)展到干荷電電池

為了給用戶提供方便，取消初充電工藝環(huán)節(jié)，就需要保護(hù)負(fù)極板，使其在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中不被氧化。這就需要使負(fù)極板活性物質(zhì)具有抗氧化能力，現(xiàn)在采取的技術(shù)措施是：

①.在鉛膏配方中添加抗氧化劑，如松香、乙二酸。

②.將鉛微粒包裹一層抗氧化劑，如油、硼酸。

只要將負(fù)極保護(hù)好，不使其氧化，這樣就得到了在未注液前的干狀態(tài)下就能保持其帶電性的荷電極板，簡(jiǎn)稱干荷電極板。用干荷電極板組裝電池一旦注液，30分鐘內(nèi)電池就能達(dá)到80％的容量，電池就可投入使用。

1.1.3.發(fā)展到免維護(hù)電池

在電池的使用中，常需要補(bǔ)充水，因?yàn)橐坏┤彼姵鼐蛽p壞了。補(bǔ)水是件十分麻煩的事，因?yàn)樵S多用戶在需要補(bǔ)水時(shí)找不到合格的電瓶水。

電池失水的原因是：

①物理失水：電解液會(huì)受熱蒸發(fā)。

②化學(xué)失水：由于雜質(zhì)存在，雜質(zhì)與鉛構(gòu)成微電池，使水不斷分解成氣體。

③電化失水：過(guò)充電時(shí)，當(dāng)充電電壓超過(guò)2.3V時(shí)，水分解就發(fā)生。要減少其耗電量，必須將水的分解電壓值提高。

在以上這三種失水形式中，后兩種是主要的，最后一種原因造成失水的比例最大。

現(xiàn)已找到一種鉛鈣合金，使用鉛鈣合金制造電池時(shí)，水的分解電壓就由2.3V提高到2.45V。如果將充電電壓控制在2.45V以下，電池在使用時(shí)的耗水量就能降到很少，汽車電池充電電壓是14.4V±0.1V，平均到每個(gè)單格為2.4±0.016V。現(xiàn)已做到汽車電池連續(xù)裝車行駛6個(gè)月－8個(gè)月加一次水，生產(chǎn)廠家為了推銷方便，把這個(gè)耗水量很低的電池起名為“免維護(hù)電池”，即“MF”電池，這是這種電池的商業(yè)名字。事實(shí)上，這種電池維護(hù)工作包括：檢測(cè)技術(shù)狀態(tài)、補(bǔ)充電、補(bǔ)水。只把加水周期延長(zhǎng)了，對(duì)維護(hù)的要求高了，并不是真正意義的“免維護(hù)”。

從技術(shù)角度分析，真正免維護(hù)電池是沒(méi)有的。

1.1.4.發(fā)展到密閉電池

免維護(hù)電池的水耗電量能否再減少，使電池在整個(gè)使用期內(nèi)不補(bǔ)水，在特殊情況下電池允許自由取向，立式、臥式都能工作。

密閉電池的關(guān)鍵是如何將電池中產(chǎn)生的氣體在電池中重新合成為水。

密閉電池早在50年代就有，那時(shí)是采用金屬鈀作催化劑，使電池中的氫氣和氧氣在無(wú)焰狀態(tài)下化合成水

H2+O2→H2O+Q......1-4

由于化合是從高能態(tài)的氣體轉(zhuǎn)化成低能態(tài)的液體，所以會(huì)釋放出大量的熱，這些熱量能使鈀珠的溫度達(dá)300℃左右。由于鈀昂貴，電池使用條件十分嚴(yán)格，所以這種電池只有在特殊情況下使用，如潛艇、水電站等。

到70年代，又發(fā)展一種陰極吸收式密閉電池，這種電池消除氣體的辦法是，首先使電池盡可能不產(chǎn)生氫氣H2，氧氣O2是通過(guò)負(fù)極吸收轉(zhuǎn)化成液體的成份。

轉(zhuǎn)化過(guò)程如式1-5所示：

負(fù)極充電

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

消氣過(guò)程是：在正極PbO2上充電時(shí)產(chǎn)生O2，同負(fù)極上Pb反應(yīng)生成氧化鉛PbO，PbO同電解液中的硫酸H2SO4反應(yīng)生成硫酸鉛PbSO4和水，負(fù)極上的PbSO4經(jīng)充電又恢復(fù)成Pb，硫酸根SO2-4又一次進(jìn)入電液，使電液密度值升高。

在上述消氣過(guò)程中，其關(guān)鍵是隔板必須是透氣的。現(xiàn)采用的辦法是利用玻璃毛氈的吸液性，在用玻璃毛氈制成的隔板中保持氣相、液相、固相共存。這樣，在正極上產(chǎn)生O2能通過(guò)毛氈上的氣體通道，逐步擴(kuò)散到負(fù)極上去。消除O2的過(guò)程是個(gè)動(dòng)平衡的過(guò)程，產(chǎn)生O2的量與消除O2的量達(dá)到平衡時(shí)，電池使用才是安全的。

一旦發(fā)生過(guò)充電，產(chǎn)生O2的量大于消除O2的量，會(huì)使電池內(nèi)氣體壓力越來(lái)越大，為了避免發(fā)生爆炸事故，電池頂蓋上都設(shè)有安全閥，以防不測(cè)。所以這種電池都叫“閥控式陰極吸收密閉免維護(hù)電池”。

不難理解，密閉電池應(yīng)使用電壓精度較高的恒壓充電機(jī)充電，絕對(duì)不允許用恒流充電進(jìn)行補(bǔ)充電作業(yè)。過(guò)充電對(duì)密閉電池來(lái)講可謂是第一殺手。