阀控式密封铅酸蓄电池的密封反应效率及其影响因素仪征
2022-09-18 04:37:48 伟业五金网
阀控式密封铅酸蓄电池的密封反应效率及其影响因素
阀控式密封铅酸蓄电池的密封反应效率及其影响因素 2011： 1 前言阀控式密封铅酸蓄电池(以下简称阀控电池)由于具有不漏液、自放电小，免维护等优点，被广泛应用于UPS电源、邮电、铁路机车，电站等领域。阀控电池之所以能免维护，是由于充电时产生的氧气在电池内部可以被“再化合”。I／2O2+Pb→PbO (1)PbO+H2SO4→PbSO4+H2O (2)PbSO4＋H+＋2e→Pb＋HSO4- (3)氧气与铅的反应就等于使负极放电，去极化，所以也不会产生气体氢，这样电解液中的水分就不会损失，不用象富液电池那样经常加水维护。这是理想状态下的情形。实际上，正极产生的氧只有到达负极表面并与铅反应才能被‘再化合”，氧气到达负极表面需要诸多因素的影响，为考核电池中氧被“再化合”的能力，我们用密封反应效率来表示。(实际上密封反应效率还包括氢的再化合，这里忽略不计)。密封反应效率的测定方法，一般是在完全充电的电池上，用0.005I10电流连续充电1小时后，开始收集气体1小时，然后用下述的(4)式计算出结果：η＝(1一v／684) X100％ (4)式中η—密封反应效率v—校正后的在25℃、1个大气压下的气体收集过程中通过1Ah电量的气体排出量mL／Ah。 684—在25℃，1个大气压下的通过IAh电量的理论析气量mL／Ah。其试验装置如下图：
阀控电池的密封反应效率，除和蓄电池结构有关外，还可能和电池的灌酸量、板栅合金与正负极活性物质比氧隔板性能、隔板压缩度，电解液密度、负极添加剂、电池的开闭阀压力电池内部温度等因素有关。2 密封反应效率的影响因素2．1 电池的灌酸量在正常的充电方式中，正极的较低充电效率导致先析出氧气，产生的量随充电的进行而增加。在开口式设计中，析出的气体渗透到极板与隔板之间并且进入到电池上部空间。在阀控电池中，隔板的压缩特性在某种程度上阻止了这种途径，但却提供了通过隔板进入负极的另一途径。这一过程受氧气扩散控制，并且在一定程度上取决于隔板的饱和度。当酸加入电池中，它自动进行空间排列，使得表面能减到最小。由于空气／液体的界面张力大，在隔板中使得电解液与玻璃纤维接触的面积最大，而与气相接触的表面积最小。 当饱和度增加时，酸跨过小的空隙桥接，再留在大空隙中，并自由地到达气体通道，在较高饱和度时，较大尺寸的孔隙逐渐堵塞。大约90％饱和度时，最大孔隙被桥接，残留的10％(按体积计)气体含在孤立不连续的气泡中，这些气泡对氧迁移不会起有效作用。然而，在饱和度＞90％的设计中，气体迁移会明显发生并可获得高的密封反应效率。这种事实可以用部分排酸量来解释。在紧装配时，通过隔板析出的氧气产生跨过隔板的分压，该压力直到它超过较大孔隙排出电解液，并经隔板传递到负极表面所需要的临界压力为止，这种行为相似于气体扩散电极的特性，Khomskage等人发现，当迁移率受到扩散限制时，析出的氧只有5％能到达负极并还原，借助压力促进迁移的方法，还原电流可提高一个数量级。对于较小的孔隙来说，需要较高压力来排出酸，气体进入电池上部空间并通过低压阀排出的可能性增加。阀控电池的密封反应效率对注入酸的数量十分敏感，尤其是在隔板压缩较大的情况下，多加1％的酸，密封反应效率就会由99％下降至70％—80％。因此，使用普通玻纤隔板必须控制隔板中的酸量，避免氧的扩散通道受阻，同时还要防止灌酸量不足，使电池容量受到限制。2．2 正负活性物质比率与板栅合金早期的关于密封再化合的文献都强调活性物质配比的重要性，人们认为负极活性物质需要过量，因正极先达到析气电压时，氧才能比负极的氢气先产生。实验表明，正负活性物质比例的变化对密封反应效率没有任何影响，在实验范围内，密封反应效率几乎都达到99％以上。这为阀控电池的设计提供了有利的依据，再次证明增加正极活性物质比例时，无需担心O2的再化合效率。板栅合金本身对密封反应效率也没有影响，它只影响电池的析气电压。铅钙合金要比铅锑合金的析氢电压高100mV左右。因此确定电池的充电电压极限时，要考虑板栅合金的影响。2．3隔板的性能在阀控电池中，隔板有几种在电池性能中起重要作用的其它功能作用，它是一个贮酸器。因为电解液被完全吸收并均匀快速分布其中，所以，孔隙体积和吸酸能力是一种重要特征。为了保持电接触和足以支撑活性物质，隔板在润湿和干燥条件下必须可压缩和有弹性。正负活性物质和隔板中都有一个孔径范围，控制隔板中玻纤的直径，可调节隔板中与极板中吸酸量的比例。若改变隔板材料，使其中小于活性物质的孔的比率增加，则隔板吸酸量比例要增加。隔板中酸量接近饱和时氧的扩散受阻，密封反应效率降低，为改善这一特性，在隔板中加入一部分憎水材料，即所谓的二代隔板，这部分憎水材料可以保证在有未被吸附的自由电解液的情况下，仍有未被灌酸的孔，使氧得以扩散到负极再化合。2．4 隔板压缩度在压缩度为10％～30％范围内，所做的隔板对密封反应效率影响的实验表明，隔板的压缩对密封反应效率没有明显的影响，只是压缩度增加使隔板吸酸率降低，若吸附的电解液量少于活性物质放电所需要的量，则低倍率容量下降。压缩度增大，因极板间距减少，电池的冷起动性能会得到显著提高。2．5电解液密度电解液密度对密封反应效率有一定的影响，随着电解液密度的增加，密封反应效率降低， 这可能和电解液的表面张力变化有关。2．6 负极添加剂有些添加剂对氧的还原具有阻止用，如1,2酸，有些添加剂对O2的还原具有促进作用，如碳黑等。由于木素和硫酸钡能增大负极活性物质的比表面积，也能提高阀控电池的密封反应效率。2．7 其它阀控电池的安全阀开启压力大小，直接影响到电池内部氧气的分压，因此也对密封反应效率有一定的影响，开启压力越大，密封反应效率也越大：3 结论阀控电池的灌酸量、隔板性能，隔板压缩度、负极添加剂等对密封反应效率均有不同程度的影响。但是，影响阀控电池密封反应效率的最主要因素是隔板饱和度。正负活性物质比例和密封反应效率没有任何关系，板栅合金只影响电池的充电电压选择，并不影响电池的密封反应效率。