鉛酸蓄電池修復具體過程詳解

　　電池又稱化學電源,是能為用電器提供直流電源的裝置,化學電源是通過氧化還原的電化學反應,將化學能轉化為電能.一次電池是一次性應用的電池,二次電池是可多次反復使用的電池,因此這里的二次實際上是多次的意思.二次電池又稱為可充電電池或蓄電池。

　　相對于零電平或某一基準電平幅值為正的脈沖叫正極性脈沖,簡稱正脈沖,反之,則為負脈沖.正負脈沖按一定占空比出現的稱組合脈沖.二十世紀以來,隨著人們對負脈沖的認識的不斷提高,負脈沖的應用范圍不斷擴大,在許多領域都得到了廣泛的應用,如:能源、醫療、勘探、等。下面以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為例，介紹一下組合脈沖修復機和組合脈沖充電器對蓄電池的維護與修復原理:

　　基礎部分

　　一、 鉛酸蓄電池

　　鉛酸蓄電池是蓄電池的一種.以其低廉的價格, 良好的高倍率放電性能,應用非常廣泛,如汽車、摩托車、火車、輪船、通信以及UPS等均需運用.鉛酸蓄電池主要由正極板、負極板、電解液、容器、極柱、隔膜、可導電的物質等組成。(一) 正極板(正極活性物質)

　　正極板活性物質的主要成分是二氧化鉛.具有較強的氧化性,放電時,與硫酸發生反應生成硫酸鉛,并吸收電子,二氧化鉛有兩種類型晶格,一種是α—Pb02 另一種是β—Pb02.這兩種二氧化鉛活性物質差別很大,它們在正極板所起的作用也不相同.ß—Pb02 給出的容量是α—PbO2 的1.5~~~3倍.而α—Pb02具有較好的機械強度,它的存在,正極板活性物質不宜軟化脫落,只有α—Pb02 和βα—PbO2 的比例達到0.8時,鉛蓄電池會表現出良好的性能 .

　　正極活性物質在放電狀態下,與電解質硫酸發生反應生成硫酸鉛與水.其反應式如下:Pb02+3H++HSO4+2e==PbSO4+2H2O 充電時,在外線路的作用下轉化為ρbO2與H2SO4放電時,二氧化鉛的ρb4+接受了負極送來的電子形成ρb+2與溶液中的硫酸根離子結合生成ρbSO4 .當硫酸鉛達到一定量時,變成沉淀物附著在極板上.充電時硫酸鉛中的鉛離子 的電子被外線路帶走轉化為 二氧化鉛.將水中 氫離子留在溶液中.氧離子與鉛離子結合生成二氧化鉛進入晶格,形成正極活性物質.

　　(二)負極板(負極活性物質)

　　在鉛酸蓄電池里,為了供負極活性物質充分與電解液發生反應,故將鉛制成多孔海棉狀,又稱為海綿鉛,在放電時,鉛給出外線路電子形成 Pb+2 與溶液的硫酸根 結合生成硫酸鉛,充電時,部分PbSO4首先溶解成Pb2+與SO4.Pb+2接受電子還原成鉛進入負極活性物質晶格。

　　( 三)電解液

　　硫酸是鉛酸蓄電池電解液中的重要原材料之一,市場上濃硫酸一般分為兩種:一種是工業用濃硫酸,純度較低,不適用于鉛酸蓄電池;另一種為純度較高的分析純,較適合于鉛酸蓄電池,硫酸的分子量為98,濃硫酸中硫酸含量為98%是無色透明油狀液體,具有很強的吸水性和腐蝕性,與水結合后,可放出大量的熱.所以在電解液配制過程中,一定要注意防護,以免出現危險,配制時,千萬不要把水加入濃硫酸中,而是將濃硫酸緩慢加入水中。鉛酸蓄電池電解液配制過程中,對水的要求較高,水中含雜質的多少,直接影響電池的質量.鉛蓄電池用水外觀是無色透明的,殘渣含量應小于0.01%.一般檢驗水的標準用電阻率(Ωcm)或電導率來表示,比較簡單的方法是:采用電阻率測量法:用數字式萬用表將檔位撥至20MΩ處,將萬用表兩只表筆相距1厘米,測出水的電阻阻值在5——10MΩ即可。

　　(四) 隔板

　　隔板也是鉛蓄電池主要組成部分之一,其質量對電池影響很大,隔板的主要功能是防止電池正負極板短路,蓄電池中,對隔板的要求是:采用多孔質隔板,允許電解液自由擴散和離子遷移,要有比較小的電阻,隔板孔徑要小.空隙總面積要大,要防止脫落的活性物質 到達對方的極板. 因此, 隔板的孔徑要小, 孔數要多。

　　二、電池修復過程中常用的名詞:

　　1.不可逆的硫酸鹽化

　　不可逆的硫酸鹽化,簡稱硫酸鹽化.鉛酸蓄電池在放電時,正負極板都產生一種化合 即硫酸鉛,硫酸鉛是一種難溶于水,不導電的物質,在正常情況下,蓄電池在放電后形成的硫酸鉛結晶比較小,充電時,在電的作用下,比較容易地溶解并還原成鉛.如果使用不當,常常充電不足、失水、過放電等.硫酸鉛就會形成粗大堅硬的結晶體,這時就很難用一般的方法將其還原成鉛,所以被稱之為不可逆的硫酸鹽化,由于硫酸鹽化,一方面,它可以阻擋硫酸與其他活性物質接觸并發生反應:另一方面,使活性物質數量減少,它可引起蓄電池容易下降,嚴重時會造成蓄電池壽命終止.

　　2.活性物質的脫落

　　在我們修復廢舊電池時,有些電池加水修復后,從注水孔內流出一些紅褐色液體.即為脫落的活性物質,活性物質脫落原因有以下幾種解釋:1、電池受外力的影響,如振動,摔打等.2、α—PbO2.βPbO2變體模型.αPbO2是活性物質骨架,當電池在充放電時,一部分α—PbO2轉化為β—PbO2從而導致軟化脫落.3、隨著循環進行,活性物質由無定性態逐漸晶形化,即結晶度增加,水化聚合物鏈數目減少,凝膠壓電阻增加,晶粒間電接觸惡化,該活性物質脫落.4、還有人們認為,隨著充電和放電的不斷進行,活性物質形成若干密集的團塊,當團塊間缺乏足夠的連接時,活性物質就會脫落,電池失效.

　　3.電池的電壓

　　電池正負兩極的電勢差稱蓄電池的電壓,一般用萬用表來測量.在電池修復過程中,其電壓有三種表現形式:第一種叫空載電壓,又稱為開路電壓,就是電池即不充電又無負載的情況下測量到的電池電壓:第二種叫負載電壓,就是電池放電過程中某個時段所測量的電池電壓.第三種叫在線電壓,就是電池在充電過程中某一時刻所測量的電壓,了解三種電壓測量方法,對判斷電池是否斷路或短路;電池內阻計算具有重要的意義.

　　4.蓄電池的容量

　　蓄電池的容量是衡量蓄電池性能的一項重要指標.一般用安時來表示.放電時間(小時)與放電電流(安培)的總稱,即容量=放電時間×放電電流.電池的實際容量,取決于電池中活性物質的多少和活性物質的利用率.活性物質是量越多,活性物質利用率就越高,電池的容量也就越大.反之容量越小,影響電池容量的因素很多,常見的有以下幾種:

　　(1) 放電率對電池容量的影響

　　鉛蓄電池容量隨放電倍率的增大而降低,也就是說放電電流越大,計算出電池的容量就越小.比如一只10Ah的電池,用5A放電可以放2小時,即5×2=10 ; 那么用10A放電只能放出47.4分鐘的電,合0.79小時.其容量僅為10×0.79=7.9安時.所以對于給定電池在不同時率下放電,將有不同的容量.我們在談到容量時必須知道放電的時率或倍率.簡單的講就是用多大的電流放電。

　　(2) 溫度對電池容量的影響

　　溫度對鉛酸蓄電池的容量影響較大,一般隨溫度降底,容量的下降,容量與溫度的關系如:

　　Ct1= Ct2/1+k(t1-t2 ).t1t2分別是電解液的溫度,k為容量的溫度系數,Ct1溫度為t1時容量(Ah),Ct2是溫度為t2時的容量(Ah)在蓄電池生產標準中,一般要規定一個溫度為額定標準溫度,如規定t1為實際溫度,t2為標準溫度,(一般為25攝氏度) 負極板受低溫的影響要比正極板敏感.當電解液溫度降低時,電解液粘度增大,離子受到較大的阻力,擴散能力下降,電解液電阻也增大,使電化學反應阻力增加,一部分硫酸鉛不能正常轉化.充電接受能力下降,結果導致蓄電池容量下降.

　　(3)終止電壓對電池容量的影響

　　當電池放電至某一個電壓值以后,產生電壓急劇下降,實際上所獲得的能量非常小,如果長期深放電,對電池的損害相當大.所以必須在某一電壓值終止放電,該截止放電電壓叫放電終止電壓.設定放電終止電壓,對延長蓄電池使用壽命意義重大.一般我們所維修的電動車電池,電摩電池的放電終止電壓為每格1.75伏,也就是說一節12伏電池為6格,其放電終止電壓是6×1.75=10.5伏.

　　(4)極板的幾何尺寸對電池容量的影響

　　在活性物質的量一定時,與電解液直接接觸極板的幾何面積增加,電池容量的增加,所以極板的幾何尺寸,對電池容量的影響不可忽視.

　?、贅O板厚度對容量的影響

　　活性物質的量一定,電池容量隨極板厚度的增加而減少,極板越厚,硫酸與活性物質接觸面就越小,活性物質的利用率越低,電池容量越小.

　?、跇O板高度對容量的影響

　　在電池中,極板的上下兩部分的活性物質利用率存在著較大的差異,實驗證實,放電初期,極板上部比下部的電流密度大約高出2倍~~2.5倍,這種差別隨著放電時的推移逐漸減少,但上部要比下部的電流密度大.

　?、蹣O板面積對容量的影響

　　活性物質的量一定,極板幾何面積越大,活性物質的利用率也越高,電池的容量越大.在電池殼體相同,活性物質量不變情況下,采用薄極板增加極板片數,也就是增加了極板的有效反應面積 ,從而提高了活性物質的利用率,增加了電池的容量.

　　5.鉛酸蓄電池的內阻

　　蓄電池的內阻是由蓄電池內部物質形成的電阻,蓄電池的內阻只有在充放電時才能形成.它不是常數,而是在充放電過程中隨時間的變化而變化的.我們平時所講的內阻是某一時刻的總內阻.它不僅包含了蓄電池的內阻,而且還包含有極化的全電阻值。

　　就單電池而言,電池的內阻很小,主要是由電解液,隔板和極板本身的電阻構成.如果是電池組,單體電池之間的連接導線、極柱等都是構成電阻的重要部分.計算電池內阻可用以下方法:設空載電壓為V1,負載電壓為V2,則電池的內阻為R=V1-V2/I.I是放電電流.必須注意的是第一:測量的全過程必須在10﹣-4秒內完成,否則 測內阻應該包括極化時的全部電阻值,它是可以變化的。

　　6.鉛蓄電池的短路與斷路

　　在廢舊電池修復過程中,短路與斷路是判斷電池能否維修的關鍵.

　　蓄電池短路有外部和內部之分,外部短路則是用導線將正負兩極連接起來,通常用這一“±”方法來判斷電池的好壞.內部短路是指在電池內部正、負極板是靠隔膜(隔板)把它們相互隔離的,一但隔膜受損,如隔膜老化,隔膜腐蝕等均可造成短路。蓄電池的斷路是指:整個電池回路中斷,要與斷格區分開來,斷格是極板部分脫離.斷路是電池無電壓電流,斷路一般是由于電池樁頭與極板完全脫離,或硫酸鉛嚴重包圍極板供電流不能正常通過.一般不多見,最常見的是短路,最常見的判斷電池短路的方法有三種：

　　第一種是用電壓表測量蓄電池電壓,如小于11.5伏,則該電池可能短路;

　　第二種是給蓄電池加水后,再測量其電壓,因為有些電池由于嚴重缺水,加水前,電壓可超過12伏.但加水后,由于隔膜軟化,極板吸水后膨脹,隔膜功能顯現出來,開路電壓反而小于11.5V;

　　第三種是充電時,尤其是修復后電池電壓始終過不到15伏,也可判斷為短路.但要與硫酸濃度降低加以區分.后者在放電時,電壓下降慢,加入濃硫酸后,電壓或容量可以恢復。

　　7.蓄電池的自放電

　　自放電指的是電池在不使用或在貯存間,出現容量下降的現象.也就是說的電池在無任何負載時,由于自放電使容量損失。一般電池的自放電主要出現在負極,因為負極活性物質中多為比較活潑的金屬粉末,沖在溶液中比氫的電勢負,容易發生置換氫氣的反應.如果在極板上存在比電勢低的金屬雜質.這些雜質在極板活性物質中形成了微小的腐蝕電池,引起負極金屬自容,并伴有氫氣板出,從而使容量減少。自放電的嚴重程度將直接影響電池質量.一般用自放電率來表示其公式為:自放電率=Ca-Cb/CaT×100%其中,Ca為電池初始容量,Cb為放置后電池容量,T為放置時間.值得說明的是,當自放電率為負值時,說明貯存時間不長,電池處于容量增長期。