铅酸电池技术发展100年来基本没什么变化。虽然在化学和结构上已有改进,但引起电池发生故障有一个共性的因素。这个故障原因是:硫酸盐堆积在极板上导致失效的结果,解决这些问题最有效的方法是应用脉冲技术。
脉冲技术有助于排除电池这些故障,它可以保持高的活性物质反应,使电池内部平衡,容易接受外接充电。这样一来,节约了因置换电池带来的各种相关费用。
二、技术介绍
专家预言:铅酸电池作为在电池电源领域里以位置将延续到下一世纪。但值得重视的问题是,多数电池的工作状态不能达到当今科技先进交通工具的需求。按说,铅酸电池的反应材料能维持8年—10年或更长一些,但事实上做不到。现在的电池平均寿命是6—48个月。而能用48个月的电池仅占30%。大部分电池则提前衰老和失效。影响电池寿命的一系列问题的原因是:硫酸盐的堆积,而最有效解决这些问题的方法是脉冲技术。
早在1989年就有个专利,利用脉冲技术提高电池的实用性,延长电池寿命。它的工作原理:使电池一直维持高的活性物质反应,使电池内部平衡,易接受充电。这种技术可提供大的放电容量,接受充电快,而且能使用持久。(换言之,延长电池工作寿命)
现在让我们来了解一下脉冲技术是如何有益于电池,其工作原理是什么。首先让我们重温一下电池的工作原理:依照国际电池理事会手册第11版:“蓄电池是属电化学原理设计范畴,电池产生的电能是由存储的化学能转变的。在车辆和动力机械设备上需要电池,它的三种主要功能是:
(1)、供电给点火系统,使发动机启动。
(2)、给发动机外的电器设备供电。
(3)、对电器系统起到稳压作用,使输出平滑和降低瞬间有电器系统发生高压。”
电池由两种不同材料构成(铅和二氧化铅),这两种材料置于硫酸液中反应产生电压,在放电过程,正极铅板上的活性材料与电解液的硫酸根生成PbSO4。同时,负极板上的活性材料也与电解液硫酸根生成PbSO4。所以,放电的结果使正负极板都覆盖了硫酸铅(PbSO4)。电池的恢复是通过对它反方向充电。
在充电过程,化学反应状态基本是放电的逆反应。这时正负极板上的硫酸铅(PbSO4)分解变为原来状态,即铅和硫酸根,水分解出“H”和“O”原子,当分离后的硫酸根与“H”结合还原为硫酸电解液。
从上所述,蓄电池的工作基本原理是硫酸和铅进行离子交换的化学反应过程形成的能量。在能量交换过程中,其反应生成物—硫酸铅在极板上是“临时”的。但值得注意的是,在充电还原过程,极板上的硫酸铅并不能全部溶解而堆在极板上。这种堆积物是电化学反应的剩余物,占据了极板的位置。这就是说,极板的有效反应材料在不断减少,这是导致电池失效的主要原因。(因硫酸铅导致电池失效,这种现象的通俗叫法是—极板盐化)
极板盐化问题:大多数电池失效归咎于硫酸铅的堆积。当硫酸铅分子的能量大于一个极限低值的时候,它们从极板上溶解,返回到液体状态。那么,它们可以接受再充电。但实际上,总有一部分的硫酸盐是不能返回电解液里的,而是贴附在极板上,最终形成不可溶解的晶体。硫酸盐结晶体是这样形成的:这些不能参与反应的单个硫酸盐分子的核心能量都处于极低状态,它逐步吸附其它因能量极低的硫酸盐分子。当这些分子堆积,并紧密地结合时,就形成一个晶体。这种晶体不能有效地溶解到电解液里去。这些晶体的存在,占据了极板的位置,使极板失去了充放电的能力。所以,极板被覆盖的这一点或这一部分都相当于是死点。
依照BCI手册58页说:“电池的本质是化学类器材,它的充电特性常常是由电池自身化学变化而改变的。例如,硫酸盐应是正常的化学反应生成物,但在非正常状态下,它变成多余物质而成为影响化学反应的主要问题,而这些多余的硫酸盐在极板上不断堆积,又长期被忽略。另外,新电池如存放时间过长,也会出现这种状态。当电池严重盐化时,就不能接受发电机对它的快而满的补充电。同样,也不能作满意的放电。随着盐化加剧,最终因电池不能接受充电和放电而失效。”第56页上说:“充电电压是受温度和电解液浓度、电解液接触极板的面积、电池的年限、电解液纯度等因素影响。极板上的盐化结晶很硬,使内阻增大。”
尽管今天铅酸蓄电池在结构设计与使用原材料方面比过去有了很大的改进,性能有了相当大的提高,许多设计和用料精良的免维护铅酸蓄电池浮充使用的理论寿命为15~20年以上,但真正能在使用中达到如此寿命的电池恐怕是少之又少。拿汽车与摩托车广泛使用的干荷电少维护起动用铅酸蓄电池来说,设计使用寿命为4~5年以上,通过调查发现,很少能达到以上水平,大部份几个月至一年就夭折了,究其原因,我们认为有以下几点: 1)充电设备的设计不够完善,使用也不方便。 2)铅酸蓄电池放电后得不到及时的补充充电,特别是过放电对电池造成致命之伤。 3)少数厂家的产品质量低劣,以次充好。 以上原因,我们认为2)、3)从技术上讲是比较容易预防和做好的,唯1)牵涉比较难以解决的技术问题,下面着重谈谈这方面存在的问题。 2蓄电池的充电技术要求 厂家提供的铅酸蓄电池保证使用寿命的技术指标是在环境温度为25℃下给出的。由于单体铅酸蓄电池电压具有温度每上升1℃下降约4mv的特性,那么一个由6个单体电池串联组成的12V蓄电池,25℃时的浮充电压为13.5V;当环境温度降为0℃时,浮充电压应为14.1V;当环境温度升至40℃时,浮充电...
对于我们常用的不可充电的原电池,国际标准IEC 60086-5“原电池—-第5部分:水溶液电解质电池的安全”中就对其安全使用提出了诸多建议。 (1)正确安装电池,使电池的极性标记(“+”和“-”)和用电器具的标记正确对应。如果电池被不正确地反向安装到用电器具中,则可能发生短路或充电,导致电池温度的迅速升高。 (2)切勿短路电池。当电池的正负极通过外部物质实现电接触,电池就短路了,例如放在口袋中的无外包装电池就会因与钥匙或硬币等金属材料接触而产生短路。 (3)不要试图对电池充电。对不能充电的原电池进行充电,会使电池内部产生气体和热量。 (4)不要对电池强制放电。电池被强制放电时,其电压将会低于设计性能并在电池内部产生气体。 (5)不要将新旧电池或是不同型号、品牌的电池混用。当需要更换电池时,应同时用同品牌、同型号、同批次的新电池更换所有的电池。当不同品牌和型号的电池或是新旧不同的电池共同使用时,由于不同电池之间电压或容量的不同,部分电池会发生过放电。 (6)不要加热或直接焊接电池。电池被加热或焊接时,热量会造成电池内部发生短路。 (7)不要拆解...