電池硫化鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池主要殼體、正負(fù)極板、隔板，電解液在電場作用下將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)電能貯存，又將化學(xué)電能轉(zhuǎn)為直流電能，并可反復(fù)進(jìn)行數(shù)次充放電循環(huán)的一種裝置，電化學(xué)反應(yīng)式為:

正極: PbO2 + 2e + H2SO4- + H+ == PbSO4 + 2H2O

負(fù)極: Pb + HSO4- == PbSO4 + H+ + 2e

總反應(yīng): PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O

上式可知鉛酸蓄電池是一個復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)體系，鉛酸蓄電池性能壽命長短取決于制造正負(fù)極板的材料，工藝環(huán)境、活性物質(zhì)純度組合構(gòu)成及使用環(huán)境和維護(hù)等有很重要的影響。

1.電池長期充電不足或放電后沒有及時充電.有些三段式充電器恒充電壓設(shè)置過低,導(dǎo)致電池長期充電不足;還有人充電時,習(xí)慣一轉(zhuǎn)成綠燈就拔下電源,沒有對電池進(jìn)行充分的浮充;還有些人在每次用完電動車后,不能做到及時充電，往往是上午用車,晚上充電，甚至隔天或隔幾天才充電.導(dǎo)致極板上的硫酸鉛(PbSO4)有一部分溶解于電解液中,環(huán)境溫度越高,溶解度越大.當(dāng)環(huán)境溫度降低時,溶解度減小,溶解的硫酸鉛(PbSO4)就會重新析出,在極板上再次結(jié)晶,形成硫化.

2.長期過量放電或小電流深度放電,使極板深處活性物質(zhì)的空隙內(nèi)生成硫酸鉛(PbSO4).電動車控制器都有欠 壓保護(hù)電路,當(dāng)電池電壓低到保護(hù)電壓(36V電動車降到31.5V,48V電動車降到42V)時,控制器會切斷電源,或紅燈報警,保證不發(fā)生過放電。停用后,不久電池電壓還會反升 (浮電),這個電是萬萬不能使用的.一些人不注意這些,經(jīng)常欠壓使用電池,造成負(fù)極板的硫化 .另外,電池自放電現(xiàn)象(也稱自瀉)嚴(yán)重,時間長了形成小電流深度放電,也會使負(fù)極板形成硫化.

3.已放電或半放電狀態(tài)電池放置時間過久.有些人使用電動車沒有養(yǎng)成良好的充電習(xí)慣,對于長期擱置不用的電池不經(jīng)常進(jìn)行定期充電,讓電池長期處于"饑餓"狀態(tài),導(dǎo)致硫化,甚至形成不可逆轉(zhuǎn)硫化.

4.電解液酸濃度過高,成分不純,外部氣溫變化劇烈,導(dǎo)致硫化.前面講過電池失水后,會導(dǎo)致酸的比重升高,容易形成硫化.此外,電解液存有金屬離子成分或其他不良成分,均會增加硫化的機會.北方冬天天氣寒冷,在溫暖的室內(nèi)充電,拿到室外使用,氣溫急劇變化也會導(dǎo)致電池硫化.

硫化的電池就像給負(fù)極板罩上一層薄膜,導(dǎo)致負(fù)極板反應(yīng)面積大幅下降,從而導(dǎo)致電池失效.這種電池失效模式是最普遍發(fā)生的,據(jù)估算，失效電池中,約占70%--80%的是電池硫化造成的.

鉛酸蓄電池已發(fā)明有一百多年了，一百多年鉛酸蓄電池有著極大的發(fā)展與應(yīng)用。市場上應(yīng)用的鉛酸蓄電池有:普通、密封、免維護(hù)式等，由于鉛酸蓄電池經(jīng)濟實用等優(yōu)點，至今仍在大量廣泛應(yīng)用，占市場量的70%以上，各行各業(yè)都在應(yīng)用。但由于鉛酸蓄電池的特性、結(jié)構(gòu)、材料、生產(chǎn)環(huán)境、工藝及使用保養(yǎng)維護(hù)等因素，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，鉛酸蓄電池過早失效而報廢的現(xiàn)象，75%以上都是由于鉛酸蓄電池極板上形成不可逆硫酸鉛鹽鉛化、自放電、活性物質(zhì)失效及脫落的原因，而這三大難題一直是困撓鉛酸蓄電池行業(yè)難于攻克的頑癥，至今還沒有解決這三大難題的絕對好辦法。如普通鉛酸蓄電池設(shè)計壽命為2-3年，而往往實際使用只一年時間或更短時間，免維護(hù)鉛酸蓄電池設(shè)計壽命為7-15年，有的制造出來由于貯存時間過長，未經(jīng)使用就已失效報廢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于預(yù)期使用壽命，導(dǎo)致能源的浪費及應(yīng)用的經(jīng)濟效益。

電池硫化的表現(xiàn)特征是:電解液密度低于正常值;電池容量變低,充電時間大副縮短.好的電池從單只電池電壓10.5V起充電一般需要6-8小時,硫化電池充電時電壓上升較快,有時只要2-3小時充電器就轉(zhuǎn)綠燈了.充滿電后經(jīng)過較長時間靜止,電池端電壓高于13.4V;充電時過早產(chǎn)生氣泡,甚至一充電就有氣泡(耳貼電池,可以聽見"吱吱"析氣響聲;電池發(fā)熱,溫升增快,硫化嚴(yán)重時可導(dǎo)致充不進(jìn)電."一充就滿,一跑就光"是電池硫化的典型特征.

蓄電池內(nèi)部負(fù)極板的表面附著一層白色堅硬的結(jié)晶體，充電后依舊不能剝離負(fù)極板表面轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛，這就是硫酸鹽化，簡稱"硫化"。

電池電極中活性物質(zhì)與容量的關(guān)系

1、由于鉛酸蓄電池容量的多少與正負(fù)極板中能參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)的數(shù)量面積有重要關(guān)系，這里所講活性物質(zhì)量指的是能參加可逆性電化學(xué)反應(yīng)的真實表面積，而不是幾何尺寸的計算面積。當(dāng)鉛酸蓄電池加入電解液后，正負(fù)極板都在電解液(硫酸)的浸泡之中，一部分電解液中的硫酸被正負(fù)極板吸收，正負(fù)極板表面全是硫酸鉛。

而正負(fù)極板在電場的作用下，正極板的表面形成致密的二氧化鉛，而負(fù)極板的表面形成致密的純鉛，其正極板形成的二氧化鉛越致密鉛酸蓄電池容量就越大。因此，在常規(guī)的充放電過程中，正負(fù)極板在充電時得到二氧化鉛和純鉛，放電后正負(fù)極板形成硫酸鉛，其活性物質(zhì)應(yīng)是迸性的，可相互換置的離子結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)才對電化學(xué)反應(yīng)有效。

按規(guī)定規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的任何一種額定容量的鉛酸蓄電池，在常充電下其鉛酸蓄電池的容量應(yīng)在額定容量的95%以下，說明其鉛酸蓄電池不合標(biāo)準(zhǔn)，其原因有制造材料、生產(chǎn)工藝、環(huán)境、產(chǎn)品貯存時間過長其活性物質(zhì)老化失效等原因。

自放電、活性物質(zhì)脫落與鉛酸蓄電池失效。

1、極板硫化:所謂硫化是指正負(fù)極板上形成不可逆硫酸鉛鹽化組成一層白色粗粒結(jié)晶的硫酸鉛而言。這種結(jié)晶體很難在正常的充電時消除，硫化的形成程度與鉛酸蓄電池容量有很大的關(guān)系，硫化越嚴(yán)重，電容量越少，直至報廢，極板硫化的因素很多，主要是鉛酸蓄電池貯存時間過長，因為極板在化成處理時活性物質(zhì)表面存在硫酸，導(dǎo)致活性物質(zhì)表面的硫酸鉛老化后失去電離的作用。鉛酸蓄電池帶電擱置時處于放電狀態(tài)，放電后未及時給電池充電，電解液密度過高或不純，都會使正負(fù)極板中活性物質(zhì)的表面形成不可硫化。所以，硫化是導(dǎo)致極板活性物質(zhì)失效報廢的主要原因。

2、自放電，是指鉛酸蓄電池內(nèi)電自行消耗，一般認(rèn)為每晝夜容量下降不大于2%，就認(rèn)為正常，因鉛酸蓄電池本身有自放電缺點，如果每晝夜容量下降大于2%時，那就是有故障了，自放電原因主要有:生產(chǎn)制造中材料不純(如含銻過高或其它有害雜質(zhì))，電解液中含有害雜質(zhì)(鐵、錳、砷、銅等離子)，正負(fù)極板硫化后極隔板孔隙堵塞，導(dǎo)致鉛酸蓄電池內(nèi)阻消耗增大，都有導(dǎo)致鉛酸蓄電池產(chǎn)生自放電的原因，所以，要求電解液必須是專用硫酸，水必須是蒸餾水或去離子水。

3、極板活性物質(zhì)脫落

規(guī)范的使用鉛酸蓄電池，正負(fù)極板中的活性物質(zhì)是不易脫落的。正極板活性物質(zhì)的脫落主要是電不足或低溫時大電流放電，而負(fù)極板活性物質(zhì)的脫落主要是過充電或充電電流過大，過充電會引起水的電解產(chǎn)生大量的氫氣和氧氣，當(dāng)氫氣向孔隙沖出時，會使活性物質(zhì)脫落，鉛酸蓄電池在顛震的環(huán)境使用也會加速活性物質(zhì)的脫落。所以，要求鉛酸蓄電池在使用中一定要避免過充過放電發(fā)生。

4、電池的失效報廢

是指新鉛酸蓄電池未使用就失效報廢了，原因在于:鉛酸蓄電池制造材料中的活性物質(zhì)組合不合理;極板在化學(xué)處理時未達(dá)到充放標(biāo)準(zhǔn);極板貯存環(huán)境不良或存放時間過長，密封受損，長期處于空氣的氧化之中，致使極板活性物質(zhì)被老化;在使用過程中維護(hù)不當(dāng)，某一單體長時間處于去電狀態(tài)，大電流放電時去電單體出現(xiàn)反極電壓后，仍未及時給蓄電池維護(hù):如調(diào)整電解液密度，加蒸餾水，給蓄電池補充電，導(dǎo)致該單體不可逆硫化而失效。在鉛酸蓄電池的使用過程中，往往是夏季未及時給蓄電池加水，氣溫高蒸發(fā)快導(dǎo)致電解液不足或干枯，使極板露出電解面后受空氣而氧化氫脆導(dǎo)致極板硫化而壞死。所以，鉛酸蓄電池的損失是夏季時期，動力是在夏季時氣溫高易起動，對鉛酸蓄電池容量要求高，可是鉛酸蓄電池在夏季時極板活性物質(zhì)局部面積形成硫化，冬季時要求鉛酸蓄電池大電流供電已不可能。如果起動或牽引用鉛酸蓄電池經(jīng)充電額容量的70%時，只有報廢，更換新的蓄電池了。

總而言之:鉛酸蓄電池失效報廢，除一部分因機械部件損壞而報廢外，而絕大部分鉛酸蓄電池的失效都是屬于極板活性物質(zhì)表面形成不可逆硫化后而失效報廢的。小銅匠納米碳溶膠電池活化劑: 納米碳溶膠是納米碳材料的一種類型。納米碳材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm的碳材料。在電場的作用下,活化劑的活性成份能固化極板;崩解不可逆硫酸鹽結(jié)晶;均勻地吸附在極板表面形成保護(hù)膜，防止極板活性物質(zhì)脫落和極板硫化、極化、鉛枝晶化的形成;激活電池的活性物質(zhì);降低電池內(nèi)阻，增進(jìn)電池電化學(xué)反應(yīng)。此類修復(fù)液對電池的修復(fù)效果較好，修復(fù)后的電池能用12個月以上。