鉛蓄電池脈沖修復原理

www.guilinhy.com 來源：中國電動車信息網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2006-3-22

1 什么是電池硫化？在極板上生成白色堅硬的硫酸鉛結晶，充電時又非常難于轉化為活性物質的硫酸鉛，這就是硫酸鹽化，簡稱"硫化"。生成這種硫酸鉛的原因是過放電或放電后長期放置時，硫酸鉛微粒在電解液中溶解，呈飽和狀態，這些硫酸鉛在溫度低時重新結晶，而在結晶質硫酸鉛是析出。這樣在一度析出的粒子上一次又一次地因溫度變動而生長、發展，使結晶粒增大。這種硫酸鉛的導電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度(Tempo)又很小，充電時恢復困難。因而成為容量降低和壽命縮短的原因。 2 產生硫化的原因是什么？正常的鉛蓄電池在放電時形成硫酸鉛結晶，充電時比較容易地還原為鉛。如果電池地使用和維護不善，例如經常充電不足或過放電，負極上就會逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛。這種硫酸鉛用常規的方法充電很難還原，要求充電電壓很高，由于充電時充電接受能力很差，大量析出氣體。這種現象通常發生在負極，被稱為不可逆硫酸鹽化。它引起蓄電池容量下降，甚至成為蓄電池壽命終止的原因。一般認為，這種不可逆硫酸鹽化的原因是硫酸鉛的重結晶，粗大結晶形成之后溶解度減少。硫酸鉛的重結晶使晶體變大，是由于多晶體系傾向與減少小其表面自由能的結果。從結晶過程的規律可知，小結晶尺寸的溶解度大于大結晶尺寸的溶解度。因此，當長期存放或過放電時，大量的硫酸鉛存在，再加上硫酸濃度和溫度的波動，個別的硫酸鉛晶體就可以依附靠近小晶體的溶解而長大。有人提出與上述完全不同的觀點，認為不可逆硫酸鹽化常常與電解液中存在大量表面活性物質有關，這些表面活性物質作為雜質存在。由于吸附減小了硫酸鉛的溶解度，充電時會使鉛離子還原的極限電流下降。表面活性物質也會吸附在正極上，但它不至于引起不可逆硫酸鹽化，因為正極在充電時進行陽極氧化過程，其電勢足以破壞表面活性物質，使之被氧化為水和二氧化碳。防止負極不可逆硫酸鹽化最簡單的方法是，及時充電和不要過放電。蓄電池一旦發生了不可逆硫酸鹽化，如能及時處理尚能挽救。一般的處理方法是：將電解液的濃度調低（或用水代替硫酸），用比正常充電電流小一半或更低的電流進行充電，然后放電，再充電......如此反復數次，達到應有的容量以后，重新調整電解液濃度及液面高度。 3 電池硫化的危害是什么？輕微的電池硫化，會降低電池的容量，電池內阻增加，嚴重時則電極失效，充不進電。輕微的電池硫化，尚可用一些方法使它恢復，嚴重時采用一般的充電方法是不能夠恢復容量的。 4 電池硫化的特點是什么？硫化的電池最明顯的外特征是電池容量下降，內阻增加。當然，如果電池失水和正極板軟化也具有這個外特性。鑒別電池是否硫化的方法，往往是采用脈沖修復儀對電池進行脈沖修復，如果容量上升，就是硫化，如果沒有一點點容量上升，電池容量下降可能是其它原因產生。 5 消除電池硫化的方法有幾種？特點是什么？ 1）水療法如果硫化不太嚴重，可以使用較稀的電解液，密度在1.100g/cn3以下，即向電池中加水稀釋電解液，以提高硫酸鉛的溶解度。并用20h率以下的電流，在液溫30℃～40℃的范圍內較長時間充電，可能得以恢復。如果電解液密度較高，則充電時只進行水分解，活性物質難以恢復。 2）大電流充電若認為吸附是造成硫酸鹽化的原因，則可以用高電流密度充電（達100mA./cm2）。在這樣的電流密度下，負極可以達到很負的電勢值，這時遠離零電荷點，使φ－φ（0）＜0，改變了電極表面帶電的符號，表面活性物質會發生脫附，特別是對陰離子型的表面活性物質，這種有害的表面活性物質從電極表面上脫附以后，就可以使充電順利進行。目前國內幾乎沒有人使用這種方法處理不可逆硫酸鹽化，可能出于以下考慮：高電流密度下極化和歐姆壓降增加，這部分能量轉化為熱，使蓄電池內部溫度升高，同時又有大量的氣體析出，尤其是正極大量氣析出氣體，其沖刷作用易使活性物質脫落。 3）脈沖修復按照原子物理學和固體物理學的原理，硫離子具有5個不同的能級狀態，通常處于亞穩定能級狀態的離子趨向與遷落到最穩定的共價鍵能級而存在。在最低能級（即共價鍵能級狀態），硫以包含8個原子的環形分子形式存在，這8個原子的環形分子模式是一種穩定的組合，難以被打碎，形成電池的不可擬硫酸鹽化——硫化。多次發生這樣的情況，就形成了一層類似與絕緣層一樣的硫酸鉛結晶。要打碎這些硫酸鹽層的束縛，就要提升原子的能級到一定的程度，這時候在外層原子加帶的電子被激活到下一個更高的能帶，使原子之間解除束縛。每一個特定的能級都有唯一的諧振頻率，必須提供給一些能量，才能夠使得被激活得分子遷移到更高得能級狀態，太低得能量無法達到躍遷所需要得能量要求。` 但是，過高的能量會使已經脫離了束縛而躍遷的原子處于不穩定狀態，又回落到原來的能級。這樣，必須通過多次諧振，是的其中一次脫離了束縛，達到最活躍的能級狀態而又沒有回落的原來的能級，這樣，就轉化為溶解于電解液的自由離子，而參與電化學反應。很高的電壓可以實現，就是大電流高電壓充電的方法，諧振也可以實現，就是脈沖諧波諧振的方法。從固體物理上來講，任何絕緣層在足夠高的電壓下都可以擊穿。一旦絕緣層被擊穿，粗大的硫酸鉛就會呈現導電狀態。如果對高電阻率的絕緣施加瞬間的高電壓，也可以擊穿大的硫酸鉛結晶。如果這個高電壓足夠短，并且進行限流，在打穿絕緣層的條件下，充電電流不大，也不至于形成大量析氣。電池析氣量強正相關于充電電流和充電時間，如果脈沖寬度足夠短，占空比足夠大，就可以在保證擊穿粗大硫酸鉛結晶的條件下，同時發生的微充電來不及形成析氣。這樣，實現了脈沖消除硫化。對于密封電池來說，水療法是無法進行的。另外，水療法的成本和使用工時都比較大。現在有了脈沖修復的方法，已經很少見到水療法了。 6 實現脈沖消除硫化和抑制電池硫化的方法是什么？可以采用脈沖保護器和修復儀來處理。一般使用2類修復方法。其一為在線修復，把可以產生脈沖源的保護器并聯在電池的正負極柱上，使用電池或者充電器的電源或者使用外來的市電，就會有脈沖輸出到電池上面。這種修復方式所需要的能源很少，比較慢，但是由于常年并聯在電池極柱2端，慢也沒有關系。對于沒有硫化的電池，可以抑制電池的硫化。其二為離線式的，可以產生快速的脈沖，脈沖電流相對比較大，產生脈沖的頻率比較高，脈沖占空比比較大。一些產品還具有自動控制。這種修復儀主要是用來修復已經硫化的電池。