湯淺鉛酸蓄電池的硫化與清除方法

一、概述

  

  湯淺鉛酸電池技術(shù)發(fā)展100年來(lái)基本沒(méi)什么變化。雖然在化學(xué)和結(jié)構(gòu)上已有改進(jìn)，但引起電池發(fā)生故障有一個(gè)共性的因素。這個(gè)故障原因是：硫酸鹽堆積在極板上導(dǎo)致失效的結(jié)果，解決這些問(wèn)題最有效的方法是應(yīng)用脈沖技術(shù)。

  

  脈沖技術(shù)有助于排除電池這些故障，它可以保持高的活性物質(zhì)反應(yīng)，使電池內(nèi)部平衡，容易接受外接充電。這樣一來(lái)，節(jié)約了因置換電池帶來(lái)的各種相關(guān)費(fèi)用。

  

  二、技術(shù)介紹

  

  專(zhuān)家預(yù)言：鉛酸電池作為在電池電源領(lǐng)域里以第一位置將延續(xù)到下一世紀(jì)。但值得重視的問(wèn)題是，多數(shù)電池的工作狀態(tài)不能達(dá)到當(dāng)今科技先進(jìn)交通工具的需求。按說(shuō)，鉛酸電池的反應(yīng)材料能維持8年—10年或更長(zhǎng)一些，但事實(shí)上做不到。現(xiàn)在的電池平均壽命是6—48個(gè)月。而能用48個(gè)月的電池僅占30%。大部分電池則提前衰老和失效。影響電池壽命的一系列問(wèn)題的原因是：硫酸鹽的堆積，而最有效解決這些問(wèn)題的方法是脈沖技術(shù)。

  

  早在1989年就有第一個(gè)專(zhuān)利，利用脈沖技術(shù)提高電池的實(shí)用性，延長(zhǎng)電池壽命。它的工作原理：使電池一直維持高的活性物質(zhì)反應(yīng)，使電池內(nèi)部平衡，易接受充電。這種技術(shù)可提供大的放電容量，接受充電快，而且能使用持久。(換言之，延長(zhǎng)電池工作壽命)

  

  現(xiàn)在讓我們來(lái)了解一下脈沖技術(shù)是如何有益于電池，其工作原理是什么。首先讓我們重溫一下電池的工作原理：依照國(guó)際電池理事會(huì)手冊(cè)第11版：“蓄電池是屬電化學(xué)原理設(shè)計(jì)范疇，電池產(chǎn)生的電能是由存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變的。在車(chē)輛和動(dòng)力機(jī)械設(shè)備上需要電池，它的三種主要功能是：

  

  (1)、供電給點(diǎn)火系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

  

  (2)、給發(fā)動(dòng)機(jī)外的電器設(shè)備供電。

  

  (3)、對(duì)電器系統(tǒng)起到穩(wěn)壓作用，使輸出平滑和降低瞬間有電器系統(tǒng)發(fā)生高壓。”

  

  電池由兩種不同材料構(gòu)成(鉛和二氧化鉛)，這兩種材料置于硫酸液中反應(yīng)產(chǎn)生電壓,在放電過(guò)程，正極鉛板上的活性材料與電解液的硫酸根生成PbSO4。同時(shí)，負(fù)極板上的活性材料也與電解液硫酸根生成PbSO4。所以，放電的結(jié)果使正負(fù)極板都覆蓋了硫酸鉛(PbSO4)。電池的恢復(fù)是通過(guò)對(duì)它反方向充電。

  

  在充電過(guò)程，化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)基本是放電的逆反應(yīng)。這時(shí)正負(fù)極板上的硫酸鉛(PbSO4)分解變?yōu)樵瓉?lái)狀態(tài)，即鉛和硫酸根，水分解出“H”和“O”原子，當(dāng)分離后的硫酸根與“H”結(jié)合還原為硫酸電解液。

  

  從上所述，蓄電池的工作基本原理是硫酸和鉛進(jìn)行離子交換的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程形成的能量。在能量交換過(guò)程中，其反應(yīng)生成物—硫酸鉛在極板上是“臨時(shí)”的。但值得注意的是，在充電還原過(guò)程，極板上的硫酸鉛并不能全部溶解而堆在極板上。這種堆積物是電化學(xué)反應(yīng)的剩余物，占據(jù)了極板的位置。這就是說(shuō)，極板的有效反應(yīng)材料在不斷減少，這是導(dǎo)致電池失效的主要原因。(因硫酸鉛導(dǎo)致電池失效，這種現(xiàn)象的通俗叫法是—極板鹽化)

  

  極板鹽化問(wèn)題：大多數(shù)電池失效歸咎于硫酸鉛的堆積。當(dāng)硫酸鉛分子的能量大于一個(gè)極限低值的時(shí)候，它們從極板上溶解，返回到液體狀態(tài)。那么，它們可以接受再充電。但實(shí)際上，總有一部分的硫酸鹽是不能返回電解液里的，而是貼附在極板上，最終形成不可溶解的晶體。硫酸鹽結(jié)晶體是這樣形成的：這些不能參與反應(yīng)的單個(gè)硫酸鹽分子的核心能量都處于極低狀態(tài)，它逐步吸附其它因能量極低的硫酸鹽分子。當(dāng)這些分子堆積，并緊密地結(jié)合時(shí)，就形成一個(gè)晶體。這種晶體不能有效地溶解到電解液里去。這些晶體的存在，占據(jù)了極板的位置，使極板失去了充放電的能力。所以，極板被覆蓋的這一點(diǎn)或這一部分都相當(dāng)于是死點(diǎn)。

  

  依照BCI手冊(cè)58頁(yè)說(shuō)：“電池的本質(zhì)是化學(xué)類(lèi)器材，它的充電特性常常是由電池自身化學(xué)變化而改變的。例如，硫酸鹽應(yīng)是正常的化學(xué)反應(yīng)生成物，但在非正常狀態(tài)下，它變成多余物質(zhì)而成為影響化學(xué)反應(yīng)的主要問(wèn)題，而這些多余的硫酸鹽在極板上不斷堆積，又長(zhǎng)期被忽略。另外，新電池如存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)出現(xiàn)這種狀態(tài)。當(dāng)電池嚴(yán)重鹽化時(shí)，就不能接受發(fā)電機(jī)對(duì)它的快而滿(mǎn)的補(bǔ)充電。同樣，也不能作滿(mǎn)意的放電。隨著鹽化加劇，最終因電池不能接受充電和放電而失效。”第56頁(yè)上說(shuō)：“充電電壓是受溫度和電解液濃度、電解液接觸極板的面積、電池的年限、電解液純度等因素影響。極板上的鹽化結(jié)晶很硬，使內(nèi)阻增大。”

  

  超過(guò)80%的電池是因?yàn)檫@些鹽化晶體堆積而引起失效。這些晶體形成的速度、面積及硬度是與時(shí)間、電池充電狀態(tài)、能量?jī)?chǔ)備的使用周期有緊密關(guān)聯(lián)。電池上的鹽化結(jié)晶物堆積是非常麻煩的。以下幾種情況是不可避免要產(chǎn)生鹽化：

  

  1、電池在安裝使用前曾長(zhǎng)時(shí)間擱置儲(chǔ)存。實(shí)際上電池一旦加上硫酸液后就開(kāi)始了化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生鹽化物。所以，新電池的擱置也會(huì)鹽化，導(dǎo)致在交通運(yùn)輸工具上安裝不久的新電池就失效。

  

  2、交通工具長(zhǎng)時(shí)間靜止不工作。

  

  3、電池受到侵蝕使充電期間內(nèi)阻增加，引起充電不足的情況。

  

  4、持續(xù)過(guò)放電。

  

  5、溫度影響。例如，當(dāng)氣溫轉(zhuǎn)熱，隨溫度每增加10度，鹽化速率呈2倍增長(zhǎng)。在充電期間，如外界溫度高，當(dāng)電池的溫度達(dá)75度時(shí)，內(nèi)阻會(huì)增大，致使充電不足情況發(fā)生。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)冷，交通工具的潤(rùn)滑油變稠，這就需要更大的動(dòng)力去啟動(dòng)車(chē)輛，也就是說(shuō)，需要電池放電能力更大。其結(jié)果，加快了極板上鹽化物的堆積。如果留意一下電池過(guò)放電的情況，就知道這時(shí)候的電池電解液凝固，這種情況極大地傷害了極板。一般情況下，充電達(dá)100%時(shí)，電解液的比重是1.27左右，這時(shí)候的電解液凝固溫度是–83華氏;當(dāng)比重在1.2左右時(shí)，凝固溫度是–17華氏;若比重在1.14時(shí)(也稱(chēng)完全放電)，這時(shí)僅在8華氏就凝固。

  

  6、在充電不足的情況下，電池不能供給最大啟動(dòng)電流，這樣對(duì)頻繁使用的車(chē)輛經(jīng)常發(fā)生死火。依照BIC手冊(cè)說(shuō)：“一輛使用一個(gè)充不滿(mǎn)電的電池時(shí)，就有可能使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速慢和空轉(zhuǎn)不能啟動(dòng)，消耗電能。而反過(guò)來(lái)，電池也得不到發(fā)電機(jī)在最佳速率下充電。其結(jié)果，雖然電池用全天候充電，仍不能充滿(mǎn)電。而又經(jīng)常性地充電不足，電池鹽化加重。這樣惡性循環(huán)下去，最終使電池完全失效。

  

  綜上所述，硫酸鹽是能量轉(zhuǎn)換過(guò)程必然之物，但硫酸鹽的結(jié)晶物確是一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，而不是硫酸鹽本身，這需要更多的人去了解這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性—硫酸鹽結(jié)晶使電池失效。其失效的現(xiàn)象包括：

  

  1、極板彎曲：極板某處有硫酸鹽結(jié)晶削弱電能的接受，造成電池極板的某處過(guò)充電，而這種過(guò)充電使此處溫度升高，使這里的極板彎曲。

  

  2、鹽化使極板上柵格網(wǎng)眼的反應(yīng)物脫落，會(huì)導(dǎo)致過(guò)充電，極板彎曲。

  

  3、短路：由于鹽化使內(nèi)阻增加，極板彎曲，接觸了另一極性的極板而發(fā)生短路或破壞了支撐極板的框架。

  

  4、活性物質(zhì)的脫落：鹽化結(jié)晶物使內(nèi)阻增大，造成局部過(guò)充電，導(dǎo)致極板有裂縫和裂縫的物質(zhì)脫落。

  

  因此，應(yīng)用脈沖技術(shù)去保護(hù)極板是最合適的，也有助于減低機(jī)械震動(dòng)引起電池極板的損害。過(guò)去，電池鹽化后，被認(rèn)為無(wú)用而丟棄，或拉到遠(yuǎn)處修理。但現(xiàn)在，脈沖技術(shù)能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。