VRLA蓄電池的工作特點(diǎn)

眾所周知，VRLA電池(閥控式密封鉛酸蓄電池)也是鉛酸蓄電池，既然是鉛酸蓄電池，它就應該有著(zhù)與開(kāi)口式鉛酸電池同樣的工作原理。這就是說(shuō)VBLA電池實(shí)現能量轉換和能量?jì)Υ娴妮d體與開(kāi)口式的是一樣的，其參加電化學(xué)反應的物質(zhì)也是一樣的，都是在充電時(shí)，正極由硫酸鉛(PbSO4)轉化為二氧化鉛(Pb02)后將電能轉化為化學(xué)能儲存在正極板中;負極由硫酸鉛(PbSO4)轉化為海綿狀鉛(海綿狀Pb)后將電能轉化為化學(xué)能儲存在負極板中。在放電時(shí)，正極由二氧化鉛(PbO2)變成硫酸鉛(PbSO4)而將化學(xué)能轉換成電能向負載供電，負極由海綿狀鉛(海綿狀Pb)變成硫酸鉛(PbSO4)而將化學(xué)能轉換成電能向負載供電。當然，肯定是要由正極和負極同時(shí)以同當量同狀態(tài)下(如充電或放電態(tài))進(jìn)行電化學(xué)反應才能實(shí)現上述充電或放電過(guò)程的，任何時(shí)候任何情況下都不可能由正極單獨或由負極單獨來(lái)完成上述電化學(xué)反應的。由此可知，如果一只電池中正極板是好的，而負極板壞了的話(huà)，那就等于這只電池變成了報廢電池了。同樣，如果一只電池中的負極板是好的，而正極板壞了的話(huà)，這只電池也只能是一只報廢電池了。除此之外，正極板中可以參加能量轉換的物質(zhì)量(活性物質(zhì)的量)與負極板中可以參加能量轉換的物質(zhì)量(活性物質(zhì)的量)要互相匹配。如果不匹配，一個(gè)多，一個(gè)少的話(huà)，那個(gè)多出來(lái)的部分是一種浪費，而且每一種參加電化學(xué)反應的物質(zhì)與另一物質(zhì)相匹配的量都是不同的，科學(xué)家們把每一種物質(zhì)可將一個(gè)安培小時(shí)的電量(1從)轉化為化學(xué)能儲存起來(lái)的該物質(zhì)的這個(gè)量叫做電化當量(即電能與化學(xué)能相互轉換的相當物質(zhì)的量)。每一種活性物質(zhì)的電化當量都是由其電化反應方程式中計算出來(lái)的。以上所說(shuō)的鉛酸蓄電池工作原理的全部?jì)热?包括電化當量)可以用如下電化學(xué)反應方程式來(lái)表示：PbO2+Pb+2H2S04←→2PBS04+2H20

當上述電化學(xué)反應式由左向右進(jìn)行時(shí)，是電池的放電反應。當上述電化學(xué)反應式由右向左進(jìn)行時(shí)，是電池的充電反應。

從該電化學(xué)反應式中可以看出，在電池放電時(shí)，正極必須有1個(gè)克分子量的二氧化鉛，負極必須有1個(gè)克分子量的海綿狀鉛，同時(shí)還應有2個(gè)克分子量的硫酸參與這個(gè)放電過(guò)程才能順利進(jìn)行。利用法拉弟定律中的法拉弟常數，通過(guò)上述電化學(xué)反應方程式，經(jīng)過(guò)計算后得知：二氧化鉛的電化當量為41.46g/從，海綿狀鉛的電化當量為33.87s/Ah。這就是說(shuō)：要使VRLA電池放出一個(gè)安培小時(shí)的電量來(lái)，正極必須有41.46g的二氧化鉛活性物質(zhì)，同時(shí)負極必須有33.87g海綿狀鉛活性物質(zhì)在足夠量的硫酸存在下才能如愿。要使VRLA電池放出100Ah的電量來(lái)，正極必須有4146g二氧化鉛，負極要有3387g海綿狀鉛才能實(shí)現。這就從原理上說(shuō)明了電池的電容量為什么會(huì )是由活性物質(zhì)量的多少來(lái)決定的道理。這也是用戶(hù)在購買(mǎi)電池時(shí)，為什么說(shuō)重量大的電池比重量小的電池其質(zhì)量好的根本原因所在。當然，這里列出的電化當量只是一個(gè)理論值。VRLA電池除了有著(zhù)與開(kāi)口鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應方式一樣的相同工作原理外，它還有著(zhù)與開(kāi)口鉛酸蓄電池所不一樣的工作原理，那就是陰極吸收原理，所謂陰極吸收原理指的是電池在充電時(shí)，特別是在充電末期，正極會(huì )產(chǎn)生氧氣，由于VRLA電池是全密封的，產(chǎn)生的氣體不會(huì )象開(kāi)口電池那樣隨時(shí)都可以通過(guò)開(kāi)口而散發(fā)到電池體外去，產(chǎn)生的氣體會(huì )在電池槽內積聚。隨著(zhù)電池內部積聚的氣體量的不斷增多，電池內部的壓力逐漸上升。正因為電池內部存在著(zhù)一定的內壓，正極產(chǎn)生的氧氣會(huì )跑到負極上。由于正極上生成的是氧原子，而氧原子又具有很強的氧化性，這種具有強氧化能力的氧原子跑到負極后，會(huì )將負極在充電時(shí)剛生成的也具有很大活性的海綿狀鉛氧化而生成氧化鉛，氧化鉛繼而與硫酸反應生成硫酸鉛和水，硫酸鉛正好又是負極放電的產(chǎn)物，硫酸鉛在充電時(shí)又生成海綿狀鉛，海綿狀鉛再吸收正極產(chǎn)生的氧而生成氧化鉛，這樣周而復始的反復進(jìn)行著(zhù)這一反應，正極上產(chǎn)生的氧都被負極吸收了，再怎么充電也不會(huì )有氧氣生成，電池內部壓力不會(huì )繼續上升，更用不著(zhù)擔心電池會(huì )發(fā)生爆炸了。為了防止在特殊情況下電池內部由于氣體的聚積而增大內部壓力引起電池爆炸，在設計時(shí)，又特地在電池的上蓋中設置了一個(gè)安全閥，當電池內部壓力達到一定值時(shí)，安全閥會(huì )自動(dòng)開(kāi)啟，釋放一定量氣體降低內壓后，安全閥又會(huì )自動(dòng)關(guān)閉。以上所述，就是ⅧIA電池的陰極吸收原理。正因為發(fā)現和發(fā)明了這種電池的陰極吸收原理，才可以把開(kāi)口式鉛酸蓄電池做成全密封的，VRLA電池才得以問(wèn)世。

當然，要使VRLA電池的陰極吸收原理得以維持，第一個(gè)先決條件就是電池必須是密封的，不是密封的，電池內部不存在一定的內壓，正極生成的氧就不可能跑到負極被負極吸收，氧氣就會(huì )跑出去，跑掉了氧就等于是電池內部的水跑掉了，電池失水了，就應補水，需要補水也就不稱(chēng)之為VRLA電池了，那就變成開(kāi)口電池了。由此可見(jiàn)，VRLA電池密封性能的好壞是一個(gè)很關(guān)鍵的技術(shù)指標，用戶(hù)在挑選電池時(shí)應高度重視這一問(wèn)題，哪怕是稍微有一點(diǎn)漏氣或滲液，也會(huì )直接影響到電池的使用壽命。電池組中如果出現一塊這樣的電池，會(huì )因這塊電池首先變成落后電池而影響整個(gè)電池組的綜合性能，也會(huì )引起電池組中各電池電壓的不均衡而形成惡性循環(huán)。郵電部YD/T799標準中為何要規定電池的氣體復合率在95%以上，其原因就在于此。

當然，要使VRLA電池的陰極吸收得以很好的進(jìn)行，要保證它的氣體復合率高，產(chǎn)生的氣體基本上都生成水又回到電池內，除了氣密性是一個(gè)很重要的問(wèn)題外，還應考慮與之配套的措施是否得力。例如：在結構上，VRLA電池必須是貧液式的，要留出足夠的空間和通道讓正極產(chǎn)生的氧能迅速而又順暢的跑到負極而被負極吸收，這也是VRLA電池為什么沒(méi)有多余電解液的原因所在。又如：采用的超細玻璃纖維隔板應該有足夠大的孔率，以保證正極產(chǎn)生的氧能通過(guò)隔板的小孑L跑到負極被吸收。因此，VBLA電池所用隔板的質(zhì)量好壞也是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。

VRLA電池在充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧因為被負極吸收了，而可以將開(kāi)口的做成密封電池了，那么負極充電時(shí)產(chǎn)生的氫氣不是仍然存在嗎?電池不是仍然存在著(zhù)失水和爆炸的危險嗎?這一問(wèn)題科學(xué)家們是通過(guò)改變負極合金配方，采用新的合金材料(如鉛鈣合金)，使氫在這種材料上放電(得到電子生成氫氣)的電位提高了(叫做提高了氫的過(guò)電位)本來(lái)充電電壓達到某一值時(shí)氫離子就要在陰極上放電，生成氫氣。由于鉛鈣合金的采用，充電電壓達到原來(lái)數值時(shí)氫離子不放電了，不生成氫氣了。但不管如何改變合金配方，也不管如何提高氫的過(guò)電位，當充電電壓達到氫離子放電的電位時(shí)，氫氣總是要生成的。各生產(chǎn)廠(chǎng)家為什么都會(huì )給自己的電池規定一個(gè)在一定范圍內的浮充電壓值，其道理就是要控制氫氣的產(chǎn)生，防止電池失水。