淺談閥控式鉛酸蓄電池的修復(fù)技術(shù) （2006-5-17）本文關(guān)鍵字:電池晶體摘要：針對通信機(jī)房電池失效機(jī)理，分析了電池衰退的基本原因，并提出了電池活化及修復(fù)的有效技術(shù)和方法。 相關(guān)技術(shù)和方法的實(shí)施將會帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：閥控式鉛酸蓄電池；劣化電池；修復(fù)技術(shù)；極板腐蝕；均衡充電；過度放電中圖分類號：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：D 文章編號：02192713(2005)06一0053030 引言隨著信息、能源、電子技術(shù)的快速發(fā)展，閥控式鉛酸蓄電池(VRLAB)目前已被廣泛應(yīng)用于電信運(yùn)營、電力系統(tǒng)、通信專網(wǎng)、金融系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、公安系統(tǒng)、石油煤炭、大型工礦企業(yè)等領(lǐng)域。與普通的鉛酸蓄電池相比，VRLAB由于采用了內(nèi)部氧復(fù)合技術(shù)，大大緩解了電解液的損耗，從而使其能夠在免維護(hù)狀態(tài)下長期工作，并具有體積小、防爆安全、電壓穩(wěn)定、無污染、重量輕、放電性能高、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前廣泛應(yīng)用的VRLAB聲稱為免維護(hù)莆電池，其實(shí)這種說法是不夠科學(xué)和準(zhǔn)確的。確切地講，VRLAB應(yīng)稱為“少維護(hù)蓄電池”，僅是指平時(shí)無須加酸液和水，無須調(diào)節(jié)電解液的密度。由于蓄電池平時(shí)都足并聯(lián)在整流設(shè)備上并處丁浮充狀態(tài)中，時(shí)間一長，蓄電池就會出現(xiàn)活化物資脫落、電解液下涸、極板變形、極板腐蝕及硫化等異常情況，從而導(dǎo)致蓄電池容量降低甚至失效，一旦市電中斷，極有可能釀成電力供電中斷等重大事故。VRLAB在國內(nèi)的大量安裝使用是從上世紀(jì)80年代末開始的，初期安裝的電池主要為進(jìn)口產(chǎn)品，進(jìn)入上世紀(jì)90年代末，國產(chǎn)電池在許多領(lǐng)域開始大量使用。大部分廠家聲稱其VRLAB的設(shè)計(jì)壽命在10年以上，但是，在實(shí)際使用中許多電池壽命只確56年時(shí)間，條件惡劣者23年后便會出現(xiàn)容量明顯下降現(xiàn)象。為此，有必要對嚴(yán)重影響電池使用壽命的原因進(jìn)行研究。1 蓄電池的衰退現(xiàn)象及原因隨著通信事業(yè)的陜速發(fā)展，VRLAB越來越多地被應(yīng)用于偏遠(yuǎn)的農(nóng)村和山區(qū)，由于面廣量大、維護(hù)人員專業(yè)知識的缺乏，加之供電不正常，經(jīng)常停電導(dǎo)致電池在使用過程中會出現(xiàn)不同的缺陷，特別足深度放電的電池往往出現(xiàn)電池早期失效。電池失效的主要形式有：正極板腐蝕變形、正極活性物質(zhì)軟化脫落、極板表面硫酸鹽化或產(chǎn)生鉛絨、內(nèi)部結(jié)晶短路等。VRLAB為了實(shí)現(xiàn)較高的再復(fù)合效率，一般多為貧電液設(shè)計(jì)，即由酸量來控制電池的容量，這種設(shè)計(jì)從理論卜或在試驗(yàn)室里效果都不錯(cuò)，但到了用戶手中卻往往出現(xiàn)過早失效，尤其是在經(jīng)常停電的情況下，電池過放電時(shí)，導(dǎo)致電液密度降到l.06cm3以下，甚至更低，從而引起電解液中游離鉛的濃度急劇增加，這是造成電池失效的根本原因。2 影響蓄電池使用壽命的因素蓄電池是一種化學(xué)電源，它的構(gòu)造大同小異，都是南正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔離物和容器組成的，其中止負(fù)兩極的活性物質(zhì)和電解質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，對電池產(chǎn)生電流起著主導(dǎo)作用。影響VRLAB實(shí)際使用壽命的因素很多，起主要作用的有以下幾方面。2.1 浮充電壓的設(shè)置對電池壽命的影響浮充電壓的設(shè)置對電池的壽命具有相當(dāng)重要的影響，不合理的浮克電壓主要影響屯池的止極板柵腐蝕速率和電池內(nèi)氣體的排放。2.2 均衡充電方法對電池壽命的影響均衡充電足為了防止某些電池因容量、端壓的不一致而進(jìn)行的補(bǔ)充電在均衡充電時(shí)氣體的產(chǎn)生量比浮充電時(shí)多幾十倍，所以充電時(shí)間不能太長，均充電壓也不能太高，以避免盈余氣體影響氧的再化合效率，失水量增加，而且使板柵腐蝕速度增加，從而損壞電池。2.3過度放電蓄電池被過度放電是影響蓄電池使用壽命的重要因素。這種情況主要發(fā)生在變流停電后，蓄電池組為負(fù)載供電期間。當(dāng)蓄電池被過度放電時(shí)，會導(dǎo)致電池內(nèi)部有大量的硫酸鉛被吸附到陰極表面，形成電池剛極的“硫酸鹽化”硫酸鉛本身是一種絕緣體。陰極形成的硫酸鉛越多，電池的內(nèi)阻越大，電池的充放電眭能就越差，電池容量下降得越快，其使用壽命就越短。2.4 運(yùn)行條件對閥控鉛酸蓄電池壽命的影響電池的運(yùn)行條件也對電池的壽命產(chǎn)生重要的影響。如果在高溫下長期使用，溫度每增高10，電池壽命約降低一半。浮充運(yùn)行是蓄電池的最佳運(yùn)行條件，運(yùn)行時(shí)電池一直處于滿荷電狀態(tài)，在此條件下運(yùn)行電池將達(dá)到最長的使用壽命。蓄電池頻繁長時(shí)間放電并且經(jīng)常在沒有充滿電的情況下，又進(jìn)行深度放電，使蓄電池長時(shí)間處于虧電狀態(tài)，內(nèi)部極板硫化，導(dǎo)致容量迅速下降，電池落后。3 對落后電池的活化修復(fù)3.l 蓄電池內(nèi)部反應(yīng)原理VRLAB電解液中的PbSO4始終處于飽和狀態(tài)，PbSO4是難溶物質(zhì)，在電解液中硫酸鉛的溶解與沉淀處于平衡狀態(tài)，一般電池放電開始的硫酸密度為l.30gcm3，質(zhì)量百分濃度為39.1，隨著放電深度的增加，質(zhì)量百分濃度下降到8.7以下，密度為l.06gcm3以下，有時(shí)甚至更低，接近中性。電池放電反應(yīng)為從反應(yīng)式中可以看出，硫酸不僅傳導(dǎo)電流，而且參與電化學(xué)反應(yīng)，放電時(shí)硫酸不斷減少，生成PbSO4和水。蓄電池放電后，如果沒有及時(shí)地充電或沒有充滿電，放電產(chǎn)生的硫酸鉛就會結(jié)晶轉(zhuǎn)化成不可逆的硫酸鉛晶體，導(dǎo)致極板硫化，電池落后。3.2蓄電池的活化蓄電池充電反應(yīng)為蓄電池的充放電過程是將脈沖充電分成一個(gè)或幾個(gè)階段，嚴(yán)格按照蓄電池充電特性曲線進(jìn)行自動充電，設(shè)計(jì)的充電模式是“恒流(均充穩(wěn)雁值)定壓減流_(自動判別轉(zhuǎn)為)恒流放電”三波段式使電解液降溫等。這種方法比較理想，可以消除硫化。對蓄電池進(jìn)行脈沖充電和恒流放電反復(fù)循環(huán)，將其內(nèi)部的硫酸鉛晶體激活，提高硫酸密度和質(zhì)量百分濃度，隨著活化修復(fù)的加深，使電池硫酸密度達(dá)到，質(zhì)量百分濃度達(dá)到39.l，電解液中硫酸鉛的溶解與沉淀處于平衡狀態(tài)，。在溶液中遵守溶度各規(guī)則，即蓄電池完全被修復(fù)，蓄電池使用壽命被延長一到兩個(gè)周期。3.3 對嚴(yán)重落后電池處理對嚴(yán)重極板硫化、電解液干涸或極間短路、開路的電池(內(nèi)阻嚴(yán)重偏大、電壓很高或?yàn)榱?應(yīng)立即更換。對2V電池組町短接該電池應(yīng)急處理。3.4電池活化修復(fù)并不是所有的落后電池都可以修復(fù)的，導(dǎo)致蓄電池落后的因素很多，大體分7種，即極板膨脹、極板腐蝕、極板鈍化、有效物質(zhì)脫落、電解液干涸、極板短路、極板硫化。前4種是不可修復(fù)的，后3種足可修復(fù)的。其中極板硫化導(dǎo)致蓄電池落后因素占的比例最大，高達(dá)90。所以，對于容量為額定容量的4080落后電池修復(fù)的成功率比較高，經(jīng)試驗(yàn)表明，可修復(fù)率高達(dá)95以上；而對于容量為額定容量的40以下落后電池修復(fù)的成功率相對較低4 對蓄電池活化修復(fù)的充電設(shè)置蓄電池活化需要反復(fù)地允放電，對于一些落后電池進(jìn)行充電時(shí)，有時(shí)充不進(jìn)去，于是，維護(hù)人員通過提高充電電壓的方法進(jìn)行充電，認(rèn)為充電電壓越高越好，越高越能修復(fù)電池。這是一種錯(cuò)誤的理解。這是由于水分解反應(yīng)為2H2O=O2+4H+4e-(3)如果把電壓沒置過太高，就會對蓄電池過充，其結(jié)果可能為以下2種情況。1）內(nèi)部氧復(fù)合反應(yīng)不能及時(shí)地將氧氣復(fù)合掉，就會造成大量的氧氣，氫氣從排氣閥放出(甚至可能造成蓄電池爆炸)，使容量下降。2)正極的反應(yīng)為PbSo4+2H2O=Pb02+3H+HS04-+2e。在蓄電池的陽極，鉛合金和活性的二氧化鉛直接接觸，而且同時(shí)浸在硫酸溶液中，各自與硫酸溶液都建立不同的平衡的電極電位。在對蓄電池充電的狀態(tài)下正極由于析氧反應(yīng)水被消耗，H+增加，從而導(dǎo)致正極附近的酸度增大，加速腐蝕極板，甚至造成極板嚴(yán)重腐蝕，而使電池報(bào)廢，本來可修復(fù)的電池變成了無法修復(fù)的電池。為此，建議均充時(shí)電壓一般不超過2.35V。5 結(jié)語如何延長蓄電池供電時(shí)間和使用壽命，提高資源的利用率，是我們共同關(guān)注的焦點(diǎn)，雖然并不是所確的落后電池都可以修復(fù)但鉛酸蓄電池的修復(fù)技術(shù)帶來的效益是毋庸置疑的。作者：王峰光，張揚(yáng)摘自：電源技術(shù)應(yīng)用