中級通信設(shè)備環(huán)境知識點精講之閥控式密封鉛酸蓄電池的失效

       下面是由希賽小編整理的中級通信設(shè)備環(huán)境知識點精講之閥控式密封鉛酸蓄電池的失效，希望能幫助學(xué)友們。具體內(nèi)容如下：

       閥控式密封鉛酸蓄電池的失效

       閥控式密封鉛酸蓄電池盡管有許多優(yōu)點，但和所有電池一樣也存在可靠性和壽命問題。閥控式電池的使用壽命一般可達15-20年(25C浮充使用)，但實際在使用中，閥控式電池會出現(xiàn)提前失效的現(xiàn)象，放電容量降為80%以下。造成閥控式密封鉛酸蓄電池失效的主要因素有板柵的腐蝕與變形、電解液干涸、負極硫酸化、早期容量損失(PCL)和熱失控等。

       1.板柵的腐蝕與增長

       板柵腐蝕是閥控式電池失效的重要原因。無論是在開路狀態(tài)，還是浮充狀態(tài)或是充放電狀態(tài)，都存在著腐蝕的必然性。在開路狀態(tài)，鉛合金板柵與活性物質(zhì)二氧化鉛直接接觸，而且共同浸在硫酸溶液中，它們各自與溶液建立不同的平衡電極電位。

       在微電極中，Pb02是正極，鉛合金是負極，結(jié)果導(dǎo)致正極板柵不斷地溶解，而在充電過程，對正極板柵而言所能承受的電位值比鉛的平衡電位正很多，使得正板柵上的鉛處于陽極極化狀態(tài)，鉛合金將被腐蝕溶解。所以正極板柵無論是靜止狀態(tài)還是在充電狀態(tài)，始終處于熱力學(xué)的不穩(wěn)定狀態(tài)，總存在著被氧化的趨勢。特別是在過充電狀態(tài)下，正極由于析氧反應(yīng)，水被消耗，H+濃度增加，導(dǎo)致正極附近酸度增高，板柵腐蝕加速，如果電池使用不當，長期處于過充電狀態(tài)，那么很快這些電池的板柵就會變薄，容量降低，最后失效。

       正極板柵在遭受腐蝕的同時產(chǎn)生變形，使板柵尺寸線性增大，甚至于個別筋條斷裂，最終導(dǎo)致整個電池的損壞。

       板柵的腐蝕與變形二者是互相影響的，腐蝕薄膜在金屬與腐蝕產(chǎn)物的介面間擴展，即向著發(fā)生腐蝕的金屬方向生長。腐蝕的最終產(chǎn)物Pb02的分子體積大約為鉛原子體積的1.4倍，再加上Pb02薄膜有一定的空隙，這樣合金的體積與它轉(zhuǎn)化成腐蝕產(chǎn)物的體積差別很大。況且腐蝕薄膜有一定強度，與板柵金屬結(jié)合得較牢固，本身不易斷裂，從而對板柵金屬給予張力，使板柵變形。這種現(xiàn)象的嚴重程度取決于板柵合金機械強度。正極板柵存在著腐蝕和變形的必然性，并不意味著我們沒有辦法克服，經(jīng)過閥控式電池的研究者和國內(nèi)外各廠家的研究，主要有以下一些方法可以減緩正極板柵的腐蝕和增長，保證電池的使用壽命。

       (1)增加正極板柵的厚度，保證閥控式電池板柵的工作年限。

       (2)在電池設(shè)計上采用玻璃棉緊裝配或膠體電介質(zhì)使電極能承受的壓力加大，提高板柵的機械支撐力。

       2.電解液干涸

       通常認為閥控式電池失水是影響電池壽命的主要因素之一，閥控式電池水損失的途徑有以下幾個方面。

       (1)氧復(fù)合不能達到100%.閥控式電池在長期浮充運行期間，負極產(chǎn)生的氧氣不可能隨時百分之百地被復(fù)合，總有少量部分被排出。特別是新電池在剛投入運行時，有個別電池出現(xiàn)浮充電壓偏高，這時電池中的水處于被分解狀態(tài)，另外，當電池以較高電壓充電時，會造成明顯失水現(xiàn)象。

       (2)安全閥失效或頻繁開啟。安全閥的其中一個作用是當電池中產(chǎn)生過量氣體時安全閥打開，及時排氣。當安全閥失效時，有可能在電池內(nèi)壓很低時就開啟，或開啟了閉不上，就容易造成氣林和水分嚴重損失，失水過多造成失效。

       (3)通過電池槽、蓋滲漏。容器滲水取決于材料的性質(zhì)和厚度，相對而言，電池周圍大氣的濕度也有影響，常用的電池槽材料為ABS、PP、PVC,各有優(yōu)缺點，各種材料的水蒸氣和氧氣的滲透率也不完全一樣。

       (4)板柵腐蝕造成失水。正極板柵的腐蝕而產(chǎn)生水的轉(zhuǎn)移是影響電池容量的主要因素之一。所以，對正板柵合金材料的選用及極板厚度的設(shè)計，正極板暴露在電介中的面積都應(yīng)該慎重考慮。

       3.負極硫酸化

       負極的硫酸化也是閥控式密封鉛酸蓄電池失效的主要原因之一，負極的硫酸化同時也導(dǎo)致了容量的損失。鉛蓄電池在正常工作中，負極板上PbS04顆粒小，充電時很容易恢復(fù)為絨狀鉛，但有的電池生成了難以還原的大顆粒硫酸鉛，稱為硫酸鹽化。負極板硫酸鹽化原因很多，主要原因如下。

       (1)鉛蓄電池長期處于放電狀態(tài)或放電后不及時充電而長期擱置。在這種情況下，活性物質(zhì)中沒有受到電化學(xué)還原的硫酸鉛晶體的量就會很多，這些硫酸鉛晶體在重結(jié)晶時使顆粒變大，生成不可逆硫酸鉛。

       (2)鉛蓄電池長期充電不足。表現(xiàn)為整組電池中的浮充電壓長期偏低產(chǎn)生落后電池。

       (3)鉛蓄電池經(jīng)常被深度放電，電池電壓放電至名1.75-1.80V或以下。由于經(jīng)常進行深度放電，使以后充電時沒有還原的硫酸鉛在活性物質(zhì)中積累到相當?shù)臄?shù)量。

       (4)在較高的溫度下儲存鉛蓄電池，加速了硫酸鉛重結(jié)晶及自放電的過程，促進了極板的硫酸鹽化。

       (5)電解液出現(xiàn)層化，導(dǎo)致負極板下部容易產(chǎn)生硫酸鹽化。鉛酸蓄電池在充放電過程中電解液的密度在不斷地變化，充電時密度增大，放電時密度降低。對固定式鉛酸蓄電池來說，充電時較重的電解液向底部沉降，放電時較輕的電解液浮向頂部。蓄電池在充放電過程中，電解液按密度分層的現(xiàn)象稱為層化。

       4.早期容量損失

       鉛酸蓄電池的早期容暈袞減(PrematureCapacityLoss,PCL)一般被認為是：初期進行容量循環(huán)時，每經(jīng)過一次充放電循環(huán)實驗，容量逐漸降低，嚴重的每次循環(huán)降低5%以上，這一現(xiàn)象引起了世界各國希賽網(wǎng)的關(guān)注，對此現(xiàn)象的解釋和解決辦法層出不窮。

       一般認為鉛酸蓄電池采用無銻和低銻合金作為板柵材料時，發(fā)生PCL現(xiàn)象較為普遍：但采用高銻合金的板柵，往往會導(dǎo)致蓄電池失水比較嚴重。PCL經(jīng)常發(fā)生在蓄電池深循環(huán)使用條件下，容量隨著循環(huán)而衰減快。影響PCL程度的因素很多，包括板柵合金的組分，如Pb-Sb合金中的Sb的含量、Pb-Ca-Sn合金中Sn的含量：鉛膏的視密度;電池組裝時的組裝壓力;H2S04的數(shù)量和密度;充放電循環(huán)方式等。

       保加利亞科學(xué)院院士D.Pavlov教授研究了鉛釣合金作為正板柵的蓄電池早期容量衰減問題，并提出了凝膠--晶體(gel-crystal)的概念。他認為早期容量衰減是由于板挪中缺銻、錫等摻導(dǎo)元素造成的，板柵合金腐蝕層中存在PbO，值具有重要性質(zhì)，并提出以下方法抑制PCL:

       (1)在板柵合金中添加銻、錫等元素;

       (2)緊裝配(0.3-lkg/cm2)以便活性物質(zhì)處于較高密度：

       (3)H2S04含量要適當，不能太多;

       (4)高溫固化。

       5.熱失控

       熱失控是指蓄電池在恒壓充電時，電流和溫度均升高且互相促進的現(xiàn)象，并逐步損壞蓄電池。

       熱失控通常在蓄電池電解液較少、充電電流特別是充電末期電流較大時產(chǎn)生。因為充電末期時電流比較大，電解液溫度升高，氫氧過電位均降低;氣體的生成和析出使氣體復(fù)合通道增多，用于分解水的分解電流同步增大;二者均促使水分解加快。高溫高壓氣體生成的速率大于安全閥排氣速度和氣體復(fù)合速度之和，使電池內(nèi)部溫度迅速升高。隨著溫度升高和電流的增大而互相促進，使電池內(nèi)部溫度可以高達120℃以上，軟化ABS外殼(ABS熔點為160-C)，從而發(fā)生電池的膨脹。

       另外，閥控式密封鉛酸蓄電池與富液式開口電池不同，由于閥控式電池存在內(nèi)部氧循環(huán)，同時氧與負極反應(yīng)形成氧化鉛的過程也是一個放熱反應(yīng)，這樣閥控式電池就多了一個熱量來源，電池溫度高于富液式開口電池。而且閥控式電池中無游離電解液，壓緊裝配，使電池的散熱條件很差，如果蓄電池的溫度或環(huán)境溫度、充電電壓過高，則充電電流增大，致使電池內(nèi)部產(chǎn)生大量的氧復(fù)合，從而使蓄電池升溫，如果反復(fù)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，有時就會產(chǎn)生熱失控而導(dǎo)致電池損壞。

       6.隔板失效

       由于閥控式密封鉛酸蓄電池為緊裝配，電池中的AGM隔板使用一定時期之后，產(chǎn)生彈性疲勞，使電池極群失去壓縮或壓縮減小，結(jié)果在AGM隔板與極板間產(chǎn)生微觀裂紋，電池內(nèi)阻增大，電池性能下降。

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