鉛酸蓄電池極板硫化失效分析

www.guilinhy.com 來源：電動車商情　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-4-28

鉛酸蓄電池已發明有一百多年了，一百多年鉛酸蓄電池有著極大的發展與應用。目前市場(Rialto)上應用的鉛酸蓄電池有：普通、密封、免維護式等，由于鉛酸蓄電池經濟實用等優點，至今仍在大量廣泛應用，占市場(Rialto)量的70%以上，各行各業都在應用。但由于鉛酸蓄電池的特性、結構、材料、生產環境、工藝及使用保養維護等因素，據有關資料統計，鉛酸蓄電池過早失效而報廢的現象，75%以上都是由于鉛酸蓄電池極板上形成不可逆硫酸鉛鹽鉛化、自放電、活性物質失效及脫落的原因，而這三大難題一直是困撓鉛酸蓄電池行業難于攻克的頑癥，至今還沒有解決這三大難題的絕對好辦法。如普通鉛酸蓄電池設計壽命為2-3年，而往往實際使用只一年時間或更短時間，免維護鉛酸蓄電池設計壽命為7-15年，有的制造出來由于貯存時間過長，未經使用就已失效報廢，遠遠短于預期使用壽命，導致能源的浪費及應用的經濟效益。一、鉛酸蓄電池的基本結構及特性鉛酸蓄電池主要殼體、正負極板、隔板、電解液在電場作用下將電能轉變為化學電能貯存，又將化學電能轉為直流電能，并可反復進行數次充放電循環的一種裝置，電化學反應式為：上式可知鉛酸蓄電池是一個復雜的電化學反應體系，鉛酸蓄電池性能壽命長短取決于制造正負極板的材料，工藝環境、活性物質純度組合構成及使用環境和維護等有很重要的影響。二、鉛酸蓄電池正負極板(電極)中活性物質與容量重要關系 1、由于鉛酸蓄電池容量的多少與正負極板中能參加電化學反應的活性物質的數量面積有重要關系，這里所講活性物質量指的是能參加可逆性電化學反應的真實表面積，而不是幾何尺寸的計算面積。當鉛酸蓄電池加入電解液后，正負極板都在電解液(硫酸)的浸泡之中，一部分電解液中的硫酸被正負極板吸收，正負極板表面全是硫酸鉛。而正負極板在電場的作用下，正極板的表現形成致密的二氧化鉛，而負極板的表面形成致密的純鉛，其正極板形成的二氧化鉛越致密鉛酸蓄電池容量就越大。因此，在常規的充放電過程中，正負極板在充電時得到二氧化鉛和純鉛，放電后正負極板形成硫酸鉛，其活性物質應是迸性的，可相互換置的離子結構的活性物質才對電化學反應有效。按規定規格標準生產制造的任何一種額定容量的鉛酸蓄電池，在常充電下其鉛酸蓄電池的容量應在額定容量的95%以下，說明其鉛酸蓄電池不合標準，其原因有制造材料、生產工藝、環境、產品貯存時間過長其活性物質老化失效等原因。三、極板酸化、自放電、活性物質脫落與鉛酸蓄電池失效 1、極板硫化所謂硫化是指正負極板上形成不可逆硫酸鉛鹽化組成一層白色粗粒結晶的硫酸鉛而言。這種結晶體很難在正常的充電時消除，硫化的形成程度與鉛酸蓄電池容量有很大的關系，硫化越嚴重，電容量越少，直至報廢，極板硫化的因素很多，主要是鉛酸蓄電池貯存時間過長，因為極板在化成處理時活性物質表面存在硫酸，導致活性物質表面的硫酸鉛老化后失去電離的作用。鉛酸蓄電池帶電擱置時處于放電狀態，放電后未及時給電池充電，電解液密度過高或不純，都會使正負極板中活性物質的表面形成不可硫化。所以，硫化是導致極板活性物質失效報廢的主要原因。 2、自放電的原因自放電是指鉛酸蓄電池內的電自行消耗，一般認為每晝夜容量下降不大于2%，就認為正常，因鉛酸蓄電池本身有自放電缺點，如果每晝夜容量下降大于2%時，那就是有故障了，自放電原因主要有：生產制造中材料不純(如含銻過高或其它有害雜質)，電解液中含有害雜質(鐵、錳、砷、銅等離子)，正負極板硫化后極隔板孔隙堵塞，導致鉛酸蓄電池內消耗增大，都有導致鉛酸蓄電池產生自放電的原因，所以，要求電解液必須是專用硫酸，水必須是蒸餾水或去離子水。 3、極板活性物質脫落規范的使用鉛酸蓄電池，正負極板中的活性物質是不易脫落的。正極板活性物質的脫落主要是電不足或低溫時大電流放電，而負極板活性物質的脫落主要是過充電或充電電流過大，過充電會引起水的電解產生大量的氫氣和氧氣，當氫氣向孔隙沖出時，會使活性物質脫落，鉛酸蓄電池在顛震的環境使用也會加速活性物質的脫落。所以，要求鉛酸蓄電池在使用中一定要避免過充過放電發生。 4、電池的失效報廢電池的失效報廢是指新鉛酸蓄電池未使用就失效報廢了，原因在于：鉛酸蓄電池制造材料中的活性物質組合不合理；極板在化學處理時未達到充放標準；極板貯存環境不良或存放時間過長，密封受損，長期處于空氣的氧化之中，致使極板活性物質被老化；在使用過程中維護不當，某一單體長時間處于去電狀態，大電流放電時去電單體出現反極電壓后，仍未及時給蓄電池維護：如調整電解液密度，加蒸餾水，給蓄電池補充電，導致該單體不可逆硫化而失效。在鉛酸蓄電池的使用過程中，往往是夏季未及時給蓄電池加水，氣溫高蒸發快導致電解液不足或干枯，使極板露出電解面后受空氣而氧化氫脆導致極板硫化而壞死。所以，鉛酸蓄電池的損失是夏季時期，動力是在夏季時氣溫高易起動，對鉛酸蓄電池容量要求高，可是鉛酸蓄電池在夏季時極板活性物質局部面積形成硫化，冬季時要求鉛酸蓄電池大電流供電已不可能。如果起動或牽引用鉛酸蓄電池經充電額容量的70%時，只有報廢，更換新的蓄電池了。總而言之，鉛酸蓄電池失效報廢，除一部分因機械部件損壞而報廢外，而絕大部分鉛酸蓄電池的失效都是屬于極板活性物質表面形成不可逆硫化后而失效報廢的。因此，鉛酸蓄電池極板不可逆硫化的難題，仍然是蓄電池領域廣大行業人員不斷追求待攻克的課題。(胡紹州)