淺談閥控式鉛酸蓄電池的修復技術(shù)

關(guān)鍵詞：閥控式鉛酸蓄電池；劣化電池；修復技術(shù)；極板腐蝕；均衡充電；過(guò)度放電
中圖分類(lèi)號：TM912 文獻標識碼：D 文章編號：0219―2713(2005)06一0053―03

0 引言
隨著(zhù)信息、能源、電子技術(shù)的快速發(fā)展，閥控式鉛酸蓄電池(VRLAB)目前已被廣泛應用于電信運營(yíng)、電力系統、通信專(zhuān)網(wǎng)、金融系統、交通系統、公安系統、石油煤炭、大型工礦企業(yè)等領(lǐng)域。

與普通的鉛酸蓄電池相比，VRLAB由于采用了內部氧復合技術(shù)，大大緩解了電解液的損耗，從而使其能夠在免維護狀態(tài)下長(cháng)期工作，并具有體積小、防爆安全、電壓穩定、無(wú)污染、重量輕、放電性能高、維護量小等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前廣泛應用的VRLAB聲稱(chēng)為免維護莆電池，其實(shí)這種說(shuō)法是不夠科學(xué)和準確的。確切地講，VRLAB應稱(chēng)為“少維護蓄電池”，僅是指平時(shí)無(wú)須加酸液和水，無(wú)須調節電解液的密度。由于蓄電池平時(shí)都足并聯(lián)在整流設備上并處丁浮充狀態(tài)中，時(shí)間一長(cháng)，蓄電池就會(huì )出現活化物資脫落、電解液下涸、極板變形、極板腐蝕及硫化等異常情況，從而導致蓄電池容量降低甚至失效，一旦市電中斷，極有可能釀成電力
供電中斷等重大事故。
VRLAB在國內的大量安裝使用是從上世紀80年代末開(kāi)始的，初期安裝的電池主要為進(jìn)口產(chǎn)品，進(jìn)入上世紀90年代末，國產(chǎn)電池在許多領(lǐng)域開(kāi)始大量使用。大部分廠(chǎng)家聲稱(chēng)其VRLAB的設計壽命在10年以上，但是，在實(shí)際使用中許多電池壽命只確5~6年時(shí)間，條件惡劣者2~3年后便會(huì )出現容量明顯下降現象。為此，有必要對嚴重影響電池使用壽命的原因進(jìn)行研究。

1 蓄電池的衰退現象及原因
隨著(zhù)通信事業(yè)的陜速發(fā)展，VRLAB越來(lái)越多地被應用于偏遠的農村和山區，由于面廣量大、維護人員專(zhuān)業(yè)知識的缺乏，加之供電不正常，經(jīng)常停電．導致電池在使用過(guò)程中會(huì )出現不同的缺陷，特別足深度放電的電池往往出現電池早期失效。電池失效的主要形式有：正極板腐蝕變形、正極活性物質(zhì)軟化脫落、極板表面硫酸鹽化或產(chǎn)生鉛絨、內部結晶短路等。
VRLAB為了實(shí)現較高的再復合效率，一般多為貧電液設計，即由酸量來(lái)控制電池的容量，這種設計從理論卜或在試驗室里效果都不錯，但到了用戶(hù)手中卻往往出現過(guò)早失效，尤其是在經(jīng)常停電的情況下，電池過(guò)放電時(shí)，導致電液密度降到l.06／cm3以下，甚至更低，從而引起電解液中游離鉛的濃度急劇增加，這是造成電池失效的根本原因。

2 影響蓄電池使用壽命的因素
蓄電池是一種化學(xué)電源，它的構造大同小異，都是南正極、負極、電解質(zhì)、隔離物和容器組成的，其中止負兩極的活性物質(zhì)和電解質(zhì)起化學(xué)反應，對電池產(chǎn)生電流起著(zhù)主導作用。

影響VRLAB實(shí)際使用壽命的因素很多，起主要作用的有以下幾方面。
2.1 浮充電壓的設置對電池壽命的影響
浮充電壓的設置對電池的壽命具有相當重要的影響，不合理的浮克電壓主要影響屯池的止極板柵腐蝕速率和電池內氣體的排放。

2.2 均衡充電方法對電池壽命的影響
均衡充電足為了防止某些電池因容量、端壓的不一致而進(jìn)行的補充電．在均衡充電時(shí)氣體的產(chǎn)生量比浮充電時(shí)多幾十倍，所以充電時(shí)間不能太長(cháng)，均充電壓也不能太高，以避免盈余氣體影響氧的再化合效率，失水量增加，而且使板柵腐蝕速度增加，從而損壞電池。
2.3過(guò)度放電
蓄電池被過(guò)度放電是影響蓄電池使用壽命的重要因素。這種情況主要發(fā)生在變流停電后，蓄電池組為負載供電期間。當蓄電池被過(guò)度放電時(shí)，會(huì )導致電池內部有大量的硫酸鉛被吸附到陰極表面，形成電池剛極的“硫酸鹽化”硫酸鉛本身是一種絕緣體。陰極形成的硫酸鉛越多，電池的內阻越大，電池的充放電眭能就越差，電池容量下降得越快，其使用壽命就越短。
2.4 運行條件對閥控鉛酸蓄電池壽命的影響
電池的運行條件也對電池的壽命產(chǎn)生重要的影響。如果在高溫下長(cháng)期使用，溫度每增高10℃，電池壽命約降低一半。

浮充運行是蓄電池的最佳運行條件，運行時(shí)電池一直處于滿(mǎn)荷電狀態(tài)，在此條件下運行電池將達到最長(cháng)的使用壽命。
蓄電池頻繁長(cháng)時(shí)間放電并且經(jīng)常在沒(méi)有充滿(mǎn)電的情況下，又進(jìn)行深度放電，使蓄電池長(cháng)時(shí)間處于虧電狀態(tài)，內部極板硫化，導致容量迅速下降，電池落后。

3 對落后電池的活化修復
3.l 蓄電池內部反應原理
VRLAB電解液中的PbSO4始終處于飽和狀態(tài)，PbSO4是難溶物質(zhì)，在電解液中硫酸鉛的溶解與沉淀處于平衡狀態(tài)，一般電池放電開(kāi)始的硫酸密度為l.30g／cm3，質(zhì)量百分濃度為39.1％，隨著(zhù)放電深度的增加，質(zhì)量百分濃度下降到8.7％以下，密度為l.06g／cm3以下，有時(shí)甚至更低，接近中性。
電池放電反應為

從反應式中可以看出，硫酸不僅傳導電流，而且參與電化學(xué)反應，放電時(shí)硫酸不斷減少，生成PbSO4↓和水。
蓄電池放電后，如果沒(méi)有及時(shí)地充電或沒(méi)有充滿(mǎn)電，放電產(chǎn)生的硫酸鉛就會(huì )結晶轉化成不可逆的硫酸鉛晶體，導致極板硫化，電池落后。
3.2蓄電池的活化
蓄電池充電反應為

蓄電池的充放電過(guò)程是將脈沖充電分成一個(gè)或幾個(gè)階段，嚴格按照蓄電池充電特性曲線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)充電，設計的充電模式是“恒流→(均充穩雁值)定壓減流_(自動(dòng)判別轉為)恒流放電”三波段式使電解液降溫等。這種方法比較理想，可以消除硫化。
對蓄電池進(jìn)行脈沖充電和恒流放電反復循環(huán)，將其內部的硫酸鉛晶體激活，提高硫酸密度和質(zhì)量百分濃度，隨著(zhù)活化修復的加深，使電池硫酸密度達到，質(zhì)量百分濃度達到39.l％，電解液中硫酸鉛的溶解與沉淀處于平衡狀態(tài)，。在溶液中遵守溶度各規則，即
蓄電池完全被修復，蓄電池使用壽命被延長(cháng)一到兩個(gè)周期。
3.3 對嚴重落后電池處理
對嚴重極板硫化、電解液干涸或極間短路、開(kāi)路的電池(內阻嚴重偏大、電壓很高或為零)應立即更換。對2V電池組町短接該電池應急處理。
3.4電池活化修復
并不是所有的落后電池都可以修復的，導致蓄電池落后的因素很多，大體分7種，即極板膨脹、極板腐蝕、極板鈍化、有效物質(zhì)脫落、電解液干涸、極板短路、極板硫化。前4種是不可修復的，后3種足可修復的。其中極板硫化導致蓄電池落后因素占的比例最大，高達90％。所以，對于容量為額定容量的40％～80％落后電池修復的成功率比較高，經(jīng)試驗表明，可修復率高達95％以上；而對于容量為額定容量的40％以下落后電池修復的成功率相對較低．

4 對蓄電池活化修復的充電設置
蓄電池活化需要反復地允放電，對于一些落后電池進(jìn)行充電時(shí)，有時(shí)充不進(jìn)去，于是，維護人員通過(guò)提高充電電壓的方法進(jìn)行充電，認為充電電壓越高越好，越高越能修復電池。這是一種錯誤的理解。這是由于水分解反應為2H2O=O2↑+4H++4e- (3)
如果把電壓沒(méi)置過(guò)太高，就會(huì )對蓄電池過(guò)充，其結果可能為以下2種情況。
1）內部氧復合反應不能及時(shí)地將氧氣復合掉，就會(huì )造成大量的氧氣，氫氣從排氣閥放出(甚至可能造成蓄電池爆炸)，使容量下降。
2)正極的反應為PbSo4+2H2O=Pb02+3H++HS04-+2e。在蓄電池的陽(yáng)極，鉛合金和活性的二氧化鉛直接接觸，而且同時(shí)浸在硫酸溶液中，各自與硫酸溶液都建立不同的平衡的電極電位。在對蓄電池充電的狀態(tài)下．正極由于析氧反應．水被消耗，H+增加，從而導致正極附近的酸度增大，加速腐蝕極板，甚至造成極板嚴重腐蝕，而使電池報廢，本來(lái)可修復的電池變成了無(wú)法修復的電池。為此，建議均充時(shí)電壓一般不超過(guò)2.35V。

5 結語(yǔ)
如何延長(cháng)蓄電池供電時(shí)間和使用壽命，提高資源的利用率，是我們共同關(guān)注的焦點(diǎn)，雖然并不是所確的落后電池都可以修復．但鉛酸蓄電池的修復技術(shù)帶來(lái)的效益是毋庸置疑的。