德國陽光蓄電池的工作原理
不論是采用玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱AGM密封鉛蓄電池)還是采用膠體電解液的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱膠體密封鉛蓄電池)(代表:德國陽光蓄電池),它們都是利用陰吸收原理使電池得以密封的。
電池充電時,正會析出氧氣,負會析出氫氣。正析氧是在正充電量70%時就開始了。析出的氧到達負,跟負起下述反應,陰吸收的目的。
2Pb十O2=2PbO
2PbO十2H2SO4:2PbS04+2H20
負析氫則要在充電到90%時開始,再加上氧在負上的還原作用及負本身氫過電位的,從而避免了大量析氫反應。
對AGM密封鉛蓄電池而言,AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液,但須使10%的隔膜孔隙中不進入電解液。正生成的氧就是通過這部分孔隙到達負而被負吸收的。
對膠體密封鉛蓄電池而言,電池內的硅凝膠是以SiO質點作為骨架構成的三維多孔網狀結構,它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后,骨架要進一步收縮,使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負板之間,給正析出的氧提供了到達負的通道。
由此看出,兩種電池的密封工作原理是相同的,其區(qū)別就在于電解液的“固定”方式和提供氧氣到達負通道的方式有所不同。
2.電池結構和工藝上的主要差異
AGM密封鉛蓄電池使用純的水溶液作電解液,其密度為1.29—1.3lg/cm3。除了板內部吸有一部分電解液外,其大部分存在于玻璃纖維膜之中。為了給正析出的氧提供向負的通道,須使隔膜保持有10%的孔隙不被電解液占有,即貧液式設計。為了使板充分接觸電解液,群采用緊裝配的方式。另外,為了電池有的壽命,板應設計得較厚,正板柵合金采用Pb`-q2w-Srr--A1四元合金。
膠體密封鉛蓄電池的電解液是由硅溶膠和配成的,溶液的濃度比AGM式電池要低,通常為1.26~1.28g/cm3。電解液的量比AGM式電池要多20%,跟富液式電池相當。這種電解質以膠體狀態(tài)存在,充滿在隔膜中及正負之間,電解液由凝膠包圍著,不會流出電池。
由于這種電池采用的是富液式非緊裝配結構,正板柵材料可以采用低銻合金,也可以采用管狀電池正板。同時,為了電池容量而又不減少電池壽命,板可以做得薄一些。電池槽內部空間也可以擴大一些。
3.電池放電容量
近來的研究工作表明,膠體電解液配方,控制膠粒大小,摻入親水性高分子添加劑,降低膠液濃度滲透性和對板的親合力,采用真空灌裝工藝,用復合隔板或AGM隔板取代橡膠隔板,電池吸液性;取消電池的沉淀槽,適度板面積物質的含量,結果可使膠體密封電池的放電容量或接近開口式鉛蓄電池的水平。
AGM式密封鉛蓄電池電解液量少,板的厚度較厚,物質利用率低于開口式電池,因而電池的放電容量比開口式電池要低10%左右。與當今的膠體密封電池相比,其放電容量要小一些。
4.電池內阻及大電流放電能力
鉛蓄電池的內阻是由歐姆內阻、濃差化內阻、電化學化內阻組成的。前者包括板、鉛件、電解液、隔電阻。AGM密封鉛蓄電池所用的玻璃纖維隔板具有90%的孔率,吸附其內,且電池采用緊裝配形式,離子在隔板內擴散和電遷移受到的阻礙很小,所以AGM密封鉛蓄電池具有低內阻特性,大電流快速放電能力很強。
膠體密封鉛蓄電池的電解液是硅凝膠,雖然離子在凝膠中的擴散速度接近在水溶液中的擴散速度,但離子的遷移和擴散要受到凝膠結構的影響,離子在凝膠中擴散的途徑越彎曲,結構中孔隙越狹窄,所受到的阻礙也越大。因而膠體密封鉛蓄電池內阻要比AGM密封鉛蓄電池要大。
然而試驗結果表明膠體密封鉛蓄電池的大電流放電性能仍然很好,滿足有關標準中對密封電池大電流放電性能的要求。這可能是由于多孔電內部及板附近液層中的酸和其他有關離子的濃度在大電流放電時起到關鍵性的作用。
5.熱失控
熱失控指的是:電池在充電后期(或浮充狀態(tài))由于沒有及時調整充電電壓,使電池的充電電流和溫度發(fā)生一種累積性的相互增強作用,此時電池的溫度急劇上升,從而導致電池槽膨脹變形,失水速度,甚至電池損壞。
上述現(xiàn)象是AGM密封鉛蓄電池在使用不當時.而出現(xiàn)的一種具有很大破壞性的現(xiàn)象。這是由于AGM密封鉛蓄電池采用了貧液式緊裝配設計,隔板中須保持10%的孔隙不準電解液進入,因而電池內部的導熱性差,熱容量小。充電時正產生的氧到達負和負鉛反應時會產生熱量,如不及時導走,則會使電池溫度升高;如若沒有及時降低充電電壓,則充電電流就會,析氧速度,又反過來使電池溫度升高。如此惡性循環(huán)下去,就會引起熱失控現(xiàn)象。
對于開口式鉛蓄電池而言,由于不存在陰吸收氧氣現(xiàn)象,再加上其電解液量比較大,電池散熱容易,熱容量也大,當然不會出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象。膠體密封鉛蓄電池的電解液量用得和開口式鉛蓄電池相當,群周圍及與槽體之間充滿凝膠電解質,有較大的熱容量和散熱性,不會產生熱量積累現(xiàn)象。
6.使用壽命
影響閥控式密封鉛蓄電池使用壽命的因素很多,既有電池設計和制造方面的因素,又有用戶使用和維護條件方面的因素。就前者而言,正板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度乃是兩個主要的因素。由于正板柵的厚度,采用Pb—Ca—Sn--A1四元耐蝕合金,則根據板柵腐蝕速度推算,電池的使用壽命可達10~15年。然而從電池使用結果來看,水損耗速度卻成為影響密封電池使用壽命的關鍵性因素。
對于AGM密封鉛蓄電池而言,由于采用貧液式設計,電池容量對電解液量為敏感。電池失水10%,容量將降低20%;損失25%水份,電池壽命結束。然而膠體密封鉛蓄電池采用了富液式設計,電解液密度比AGM密封鉛蓄電池低,降低了板柵合金腐蝕速度;電解液量也比后者多15%~20%,對失水的敏感性較低。這些措施均有利于延長電池使用壽命。根據德國陽光蓄電池公司提供的資料,膠體電解液所含的水量使電池運行12~14年。電池投入運行的年,水損耗4%—5%,隨后逐年減少,4年之后總的水耗損只有2%。2V型密封電池在2.27V/單體條件下浮充運行10年后,其容量還有90%。從國內一些郵電通信部門的反映來看,雖然膠體密封鉛蓄電池售價較高,但其使用壽命卻長于國產的AGM密封鉛酸蓄電池。
7.復合效率
復合效率是指充電時正產生的氧氣被負吸收復合的比率。充電電流、電池溫度、負特性和氧氣到達負的速度等因素,均會影響密封電池的氣體復合效率。
膠體密封鉛蓄電池產品使用初期,氧復合效率較低,但運行數(shù)月之后,復合效率可達95%以上。這種現(xiàn)象也可以從電池的失水速度得到驗證,膠體密封鉛蓄電池運行年失水速度較大,4%~5%,以后逐漸減少。造成上述特性的主要原因,看來膠體電解質在形成初期,內部沒有或裂縫,沒有給正析出的氧提供的通道。隨著膠體的逐漸收縮,則會形成越來越多的通道,那么氧氣的復合效率然逐漸,水損耗也然減少。
AGM式密封鉛蓄電池隔膜中有不飽和空隙,提供了大量的氧氣通道,因而其氧氣復合效率很高,新電池可以90%以上。







