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鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用與原理
鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用與原理
鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有安全性高、電壓平穩(wěn)、原材料豐富、回收再生利用率高等優(yōu)點，它也是世界上各類電池中用途，產(chǎn)量 大的一種電池，在我國通信、電力、汽車、航空等多個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。而在鉛酸蓄電池的運行過程中，硫化問題是為常見的一種電池失效形式，當(dāng)硫化問 題發(fā)生以后，不僅會增大蓄電池電阻，約束蓄電池容量，而且會對電池的正常使用壽命造成一定的影響，嚴(yán)重時甚會導(dǎo)致蓄電池提前報廢。因此，必須加強(qiáng)對硫化 原因與生成機(jī)理的分析與研究，并采取有針對性的修復(fù)措施與修復(fù)
1 鉛酸蓄電池的硫化機(jī)理
在正常工作條件下，鉛酸蓄電池的正、負(fù)極板上中細(xì)小晶粒狀的硫酸鉛在充電時，會分別還原為二氧化鉛和海綿狀鉛，其化學(xué)方程式為：
2PbSO4+2H2O→PbO2+Pb+2H2SO4
但是在異常情況下，蓄電池極板表面會逐漸生成一層白色粗晶粒的硫酸鉛。由于這部分硫酸鉛晶粒粗大、堅硬，不僅與電解液接觸面積較小，而且導(dǎo)電性能極差， 會堵塞極板上的活性物質(zhì)孔隙，使得電解液的深入非常困難，因而使得蓄電池的電阻增大，電荷量減小，電池的使用壽命也縮短。
2 鉛酸蓄電池的硫化原因分析
2.1 蓄電池長期處于虧電狀態(tài)
當(dāng)蓄電池處于充滿電量狀態(tài)時，正、負(fù)極板上的硫酸鉛幾乎會*轉(zhuǎn)換為二氧化鉛和海綿狀鉛。而放電時，正負(fù)極板上的二氧化鉛和海綿狀鉛又會重新發(fā)送電解反 應(yīng)，逐漸生成硫酸鉛。如果因蓄電池長期充電不足，極板上的硫酸鉛會在溫度升高時逐漸被溶解在電解液中，當(dāng)溫度下降時，已溶解的硫酸鉛又會因電解液過飽和而 析出，析出的硫酸鉛再結(jié)晶形成的粗晶粒附著在正、負(fù)極板表面，導(dǎo)板出現(xiàn)硫化。
2.2 蓄電池處于過放電狀態(tài)
當(dāng)蓄電池處于 過放電狀態(tài)時，其正、負(fù)極板上生成的硫酸鉛較多，參與溶解的也較多，電解液很容易達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)溫度稍有降低時，硫酸鉛便會因電解液過飽和而析出，并再 結(jié)晶導(dǎo)致硫化。同時，由于過放電狀態(tài)通常是由于大電流放電所產(chǎn)生的，而在大電流放電過程中，蓄電池正、負(fù)極板中的活性物質(zhì)會與硫酸之間迅速的發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，并容易生成粗晶粒狀的硫酸鉛。
2.3 電解液液面過低
當(dāng)蓄電池電解液液面過低時，會導(dǎo)致裸露在空氣中的負(fù)極板出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，極板的氧化部分與電解液重新接觸后，即會產(chǎn)生粗晶粒狀的硫酸鉛。
2.4 電解液密度過大或有雜質(zhì)
當(dāng)蓄電池電解液密度過大時，硫酸鉛的溶解會容易出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致硫酸鉛因再結(jié)晶而產(chǎn)生極板的硫化。
當(dāng)電解液中存在雜質(zhì)，尤其是金屬雜質(zhì)時，在蓄電池放電過程中，這些物質(zhì)就會吸附在負(fù)極板上，并得不到溶解，長時間結(jié)晶后便使得極板硫化。
3 鉛酸蓄電池硫化的修復(fù)方法
對鉛酸蓄電池不可逆硫酸鹽化的修復(fù)，主要有以下幾種方法：
3.1 過充電法
對于極板產(chǎn)生輕微硫化的鉛酸蓄電池，可采用過充電法進(jìn)行修復(fù)。即在正常充電結(jié)束后將蓄電池靜止1～2小時，然后用初次充電第二階段的充電電流進(jìn)行連續(xù)充 電。當(dāng)電解液產(chǎn)生大量氣泡后停止充電再靜止1～2小時，然后再按照上述方法進(jìn)行充電。這樣反復(fù)進(jìn)行2～3次，直接通電源1～2分鐘內(nèi)電解液就出現(xiàn)大量氣 泡為止。
3.2 大電流法
對于輕微硫化，還可采用大電流法進(jìn)行修復(fù)。這種方法是在高電流密度(100mAem)下進(jìn)行充電， 在高電流密度條件下，負(fù)極板所產(chǎn)生的負(fù)電勢值較大，并遠(yuǎn)離零電荷點，從而改變了電極表面的符號，使得‘P一‘P(10)<0，極板表面有害的活性物 質(zhì)就會脫落。同時，由于在高電流密度條件下充電時，蓄電池的極化和歐姆壓降會增加，這部分減少的能力會轉(zhuǎn)換為熱能，使得電池內(nèi)部溫度升高，產(chǎn)生大量氣體， 這也對附著在極板上的粗晶粒硫酸鉛有一定的沖刷作用。大電流法的特點是方便快捷，能在短時間內(nèi)恢復(fù)電池的性能，但由于該方法會使得活性物質(zhì)受損嚴(yán)重，電池 容量在運行一段時間后又會重新下降。
3.3 水療法
對于硫化程度普通，并不太嚴(yán)重的蓄電池修復(fù)，可采用水療法。其作法是，將 蓄電池充滿電以后，作一次10小時20小時的放電，到單格電池電壓降低到1.8V為止，然后將蓄電池內(nèi)的電解液全部倒出，并立即加入蒸餾水，靜置2小 時，再用比以上放電電流值減少20%的電流繼續(xù)充電，直電解液開始沸騰，電解液密度不再上升為止。按照上述方法重復(fù)進(jìn)行2～3次，即可使所有極板恢復(fù)正 常。
3.4 堿水腐蝕法
對于硫化程度較為嚴(yán)重的鉛酸蓄電池，可采用堿水腐蝕法。其作法是，將蓄電池放電以后，再取出硫化極板 組，抽出其隔板。然后放入濃度為5%的堿水中浸泡，從而使極板表面硫化層被腐蝕掉。在30分鐘后即可取出，再使用蒸餾水清晰，然后插進(jìn)隔板，放入電池內(nèi)， 并添加入適宜密度的電解液即可。堿水腐蝕法對硫化嚴(yán)重的鉛酸蓄電池的修復(fù)效果較好，但主要缺點是修復(fù)后蓄電池的容量會減小。
3.5 脈沖諧振法
從原子角度和固體物體學(xué)角度分析，當(dāng)形成粗晶粒狀的硫酸鉛時，硫離子包含有8個原子的環(huán)形分子形態(tài)存在，而這8個原子的環(huán)形分子模式是一種很穩(wěn)定的組 合，難以打破。而要打破硫酸鉛分子層的束縛，就需要將原子的能級提升到一定的程度，而通過脈沖諧振提供能量就可以實現(xiàn)這一目的，即脈沖諧振法。
脈沖諧振法在鉛酸蓄電池硫化修復(fù)中的應(yīng)用，主要有兩種方法。一種方法是在線脈沖修復(fù)，及將蓄電池的正、負(fù)極板與脈沖源進(jìn)行并聯(lián)，然后將脈沖輸入到蓄電池 內(nèi)部進(jìn)行修復(fù)，該方法的能源消耗量較小，但修復(fù)速度較慢;另一種方法則是離線式脈沖修復(fù)，即采用蓄電池脈沖修復(fù)儀進(jìn)行修復(fù)，常見的修復(fù)儀器有吳泰蓄電池智 能在線修復(fù)系統(tǒng)等?？傮w而言，由于脈沖諧振法只能將粗大晶粒狀硫酸鉛的部分打碎，而無法實現(xiàn)*分解，對電池硫化的修復(fù)效果并不太理想。
3.6 綜合修復(fù)法
綜合修復(fù)法是指將水療法和脈沖諧振法進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用的方法。利用脈沖諧振法，使粗大晶體的硫酸鉛的外緣層被打破，并使其破碎成一定程度的細(xì)小晶粒，有利 于硫酸鉛和電解液的充分接觸;利用水療法，則能充分恢復(fù)極板上的活性物質(zhì)，并能時正、負(fù)極板表面清潔通暢，有效確保了電化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行。
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