铅酸蓄电池修复具体过程详解( 一)

电池又称化学电源,是能为用电器提供直流电源的装置,化学电源是通过氧化还原的电化学反应,将化学能转化为电能.一次电池是一次性应用的电池,二次电池是可多次反复使用的电池,因此这里的二次实际上是多次的意思.二次电池又称为可充电电池或蓄电池。

相对于零电平或某一基准电平幅值为正的脉冲叫正极性脉冲,简称正脉冲,反之,则为负脉冲.正负脉冲按一定占空比出现的称组合脉冲.二十世纪以来,随着人们对负脉冲的认识的不断提高,负脉冲的应用范围不断扩大,在许多领域都得到了广泛的应用,如:能源、医疗、勘探、等。下面以铅酸蓄电池和锂离子电池为例，介绍一下组合脉冲修复机和组合脉冲充电器对蓄电池的维护与修复原理:

基础部分

一、 铅酸蓄电池

铅酸蓄电池是蓄电池的一种.以其低廉的价格, 良好的高倍率放电性能,应用非常广泛,如汽车、摩托车、火车、轮船、通信以及UPS等均需运用.铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电解液、容器、极柱、隔膜、可导电的物质等组成。(一) 正极板(正极活性物质)

正极板活性物质的主要成分是二氧化铅.具有较强的氧化性,放电时,与硫酸发生反应生成硫酸铅,并吸收电子,二氧化铅有两种类型晶格,一种是α—Pb02 另一种是β—Pb02.这两种二氧化铅活性物质差别很大,它们在正极板所起的作用也不相同.ß—Pb02 给出的容量是α—PbO2 的1.5~~~3倍.而α—Pb02具有较好的机械强度,它的存在,正极板活性物质不宜软化脱落,只有α—Pb02 和βα—PbO2 的比例达到0.8时,铅蓄电池会表现出良好的性能 .

正极活性物质在放电状态下,与电解质硫酸发生反应生成硫酸铅与水.其反应式如下:Pb02+3H++HSO4+2e==PbSO4+2H2O 充电时,在外线路的作用下转化为ρbO2与H2SO4放电时,二氧化铅的ρb4+接受了负极送来的电子形成ρb+2与溶液中的硫酸根离子结合生成ρbSO4 .当硫酸铅达到一定量时,变成沉淀物附着在极板上.充电时硫酸铅中的铅离子 的电子被外线路带走转化为 二氧化铅.将水中 氢离子留在溶液中.氧离子与铅离子结合生成二氧化铅进入晶格,形成正极活性物质.

(二)负极板(负极活性物质)

在铅酸蓄电池里,为了供负极活性物质充分与电解液发生反应,故将铅制成多孔海棉状,又称为海绵铅,在放电时,铅给出外线路电子形成 Pb+2 与溶液的硫酸根 结合生成硫酸铅,充电时,部分PbSO4首先溶解成Pb2+与SO4.Pb+2接受电子还原成铅进入负极活性物质晶格。

( 三)电解液

硫酸是铅酸蓄电池电解液中的重要原材料之一,市场上浓硫酸一般分为两种:一种是工业用浓硫酸,纯度较低,不适用于铅酸蓄电池;另一种为纯度较高的分析纯,较适合于铅酸蓄电池,硫酸的分子量为98,浓硫酸中硫酸含量为98%是无色透明油状液体,具有很强的吸水性和腐蚀性,与水结合后,可放出大量的热.所以在电解液配制过程中,一定要注意防护,以免出现危险,配制时,千万不要把水加入浓硫酸中,而是将浓硫酸缓慢加入水中。铅酸蓄电池电解液配制过程中,对水的要求较高,水中含杂质的多少,直接影响电池的质量.铅蓄电池用水外观是无色透明的,残渣含量应小于0.01%.一般检验水的标准用电阻率(Ωcm)或电导率来表示,比较简单的方法是:采用电阻率测量法:用数字式万用表将档位拨至20MΩ处,将万用表两只表笔相距1厘米,测出水的电阻阻值在5——10MΩ即可。

(四) 隔板

隔板也是铅蓄电池主要组成部分之一,其质量对电池影响很大,隔板的主要功能是防止电池正负极板短路,蓄电池中,对隔板的要求是:采用多孔质隔板,允许电解液自由扩散和离子迁移,要有比较小的电阻,隔板孔径要小.空隙总面积要大,要防止脱落的活性物质 到达对方的极板. 因此, 隔板的孔径要小, 孔数要多。

二、电池修复过程中常用的名词:

1.不可逆的硫酸盐化

不可逆的硫酸盐化,简称硫酸盐化.铅酸蓄电池在放电时,正负极板都产生一种化合 即硫酸铅,硫酸铅是一种难溶于水,不导电的物质,在正常情况下,蓄电池在放电后形成的硫酸铅结晶比较小,充电时,在电的作用下,比较容易地溶解并还原成铅.如果使用不当,常常充电不足、失水、过放电等.硫酸铅就会形成粗大坚硬的结晶体,这时就很难用一般的方法将其还原成铅,所以被称之为不可逆的硫酸盐化,由于硫酸盐化,一方面,它可以阻挡硫酸与其他活性物质接触并发生反应:另一方面,使活性物质数量减少,它可引起蓄电池容易下降,严重时会造成蓄电池寿命终止.

2.活性物质的脱落

在我们修复废旧电池时,有些电池加水修复后,从注水孔内流出一些红褐色液体.即为脱落的活性物质,活性物质脱落原因有以下几种解释:1、电池受外力的影响,如振动,摔打等.2、α—PbO2.βPbO2变体模型.αPbO2是活性物质骨架,当电池在充放电时,一部分α—PbO2转化为β—PbO2从而导致软化脱落.3、随着循环进行,活性物质由无定性态逐渐晶形化,即结晶度增加,水化聚合物链数目减少,凝胶压电阻增加,晶粒间电接触恶化,该活性物质脱落.4、还有人们认为,随着充电和放电的不断进行,活性物质形成若干密集的团块,当团块间缺乏足够的连接时,活性物质就会脱落,电池失效.

3.电池的电压

电池正负两极的电势差称蓄电池的电压,一般用万用表来测量.在电池修复过程中,其电压有三种表现形式:第一种叫空载电压,又称为开路电压,就是电池即不充电又无负载的情况下测量到的电池电压:第二种叫负载电压,就是电池放电过程中某个时段所测量的电池电压.第三种叫在线电压,就是电池在充电过程中某一时刻所测量的电压,了解三种电压测量方法,对判断电池是否断路或短路;电池内阻计算具有重要的意义.

4.蓄电池的容量

蓄电池的容量是衡量蓄电池性能的一项重要指标.一般用安时来表示.放电时间(小时)与放电电流(安培)的总称,即容量=放电时间×放电电流.电池的实际容量,取决于电池中活性物质的多少和活性物质的利用率.活性物质是量越多,活性物质利用率就越高,电池的容量也就越大.反之容量越小,影响电池容量的因素很多,常见的有以下几种:[p]

(1) 放电率对电池容量的影响

铅蓄电池容量随放电倍率的增大而降低,也就是说放电电流越大,计算出电池的容量就越小.比如一只10Ah的电池,用5A放电可以放2小时,即5×2=10 ; 那么用10A放电只能放出47.4分钟的电,合0.79小时.其容量仅为10×0.79=7.9安时.所以对于给定电池在不同时率下放电,将有不同的容量.我们在谈到容量时必须知道放电的时率或倍率.简单的讲就是用多大的电流放电。

(2) 温度对电池容量的影响

温度对铅酸蓄电池的容量影响较大,一般随温度降底,容量的下降,容量与温度的关系如:

Ct1= Ct2/1+k(t1-t2 ).t1t2分别是电解液的温度,k为容量的温度系数,Ct1温度为t1时容量(Ah),Ct2是温度为t2时的容量(Ah)在蓄电池生产标准中,一般要规定一个温度为额定标准温度,如规定t1为实际温度,t2为标准温度,(一般为25摄氏度) 负极板受低温的影响要比正极板敏感.当电解液温度降低时,电解液粘度增大,离子受到较大的阻力,扩散能力下降,电解液电阻也增大,使电化学反应阻力增加,一部分硫酸铅不能正常转化.充电接受能力下降,结果导致蓄电池容量下降.

(3)终止电压对电池容量的影响

当电池放电至某一个电压值以后,产生电压急剧下降,实际上所获得的能量非常小,如果长期深放电,对电池的损害相当大.所以必须在某一电压值终止放电,该截止放电电压叫放电终止电压.设定放电终止电压,对延长蓄电池使用寿命意义重大.一般我们所维修的电动车电池,电摩电池的放电终止电压为每格1.75伏,也就是说一节12伏电池为6格,其放电终止电压是6×1.75=10.5伏.

(4)极板的几何尺寸对电池容量的影响

在活性物质的量一定时,与电解液直接接触极板的几何面积增加,电池容量的增加,所以极板的几何尺寸,对电池容量的影响不可忽视.

①极板厚度对容量的影响

活性物质的量一定,电池容量随极板厚度的增加而减少,极板越厚,硫酸与活性物质接触面就越小,活性物质的利用率越低,电池容量越小.

②极板高度对容量的影响

在电池中,极板的上下两部分的活性物质利用率存在着较大的差异,实验证实,放电初期,极板上部比下部的电流密度大约高出2倍~~2.5倍,这种差别随着放电时的推移逐渐减少,但上部要比下部的电流密度大.

③极板面积对容量的影响

活性物质的量一定,极板几何面积越大,活性物质的利用率也越高,电池的容量越大.在电池壳体相同,活性物质量不变情况下,采用薄极板增加极板片数,也就是增加了极板的有效反应面积 ,从而提高了活性物质的利用率,增加了电池的容量.

5.铅酸蓄电池的内阻

蓄电池的内阻是由蓄电池内部物质形成的电阻,蓄电池的内阻只有在充放电时才能形成.它不是常数,而是在充放电过程中随时间的变化而变化的.我们平时所讲的内阻是某一时刻的总内阻.它不仅包含了蓄电池的内阻,而且还包含有极化的全电阻值。

就单电池而言,电池的内阻很小,主要是由电解液,隔板和极板本身的电阻构成.如果是电池组,单体电池之间的连接导线、极柱等都是构成电阻的重要部分.计算电池内阻可用以下方法:设空载电压为V1,负载电压为V2,则电池的内阻为R=V1-V2/I.I是放电电流.必须注意的是第一:测量的全过程必须在10-4秒内完成,否则 测内阻应该包括极化时的全部电阻值,它是可以变化的。

6.铅蓄电池的短路与断路

在废旧电池修复过程中,短路与断路是判断电池能否维修的关键.

蓄电池短路有外部和内部之分,外部短路则是用导线将正负两极连接起来,通常用这一“±”方法来判断电池的好坏.内部短路是指在电池内部正、负极板是靠隔膜(隔板)把它们相互隔离的,一但隔膜受损,如隔膜老化,隔膜腐蚀等均可造成短路。蓄电池的断路是指:整个电池回路中断,要与断格区分开来,断格是极板部分脱离.断路是电池无电压电流,断路一般是由于电池桩头与极板完全脱离,或硫酸铅严重包围极板供电流不能正常通过.一般不多见,最常见的是短路,最常见的判断电池短路的方法有三种：

第一种是用电压表测量蓄电池电压,如小于11.5伏,则该电池可能短路;

第二种是给蓄电池加水后,再测量其电压,因为有些电池由于严重缺水,加水前,电压可超过12伏.但加水后,由于隔膜软化,极板吸水后膨胀,隔膜功能显现出来,开路电压反而小于11.5V;

第三种是充电时,尤其是修复后电池电压始终过不到15伏,也可判断为短路.但要与硫酸浓度降低加以区分.后者在放电时,电压下降慢,加入浓硫酸后,电压或容量可以恢复。

7.蓄电池的自放电

自放电指的是电池在不使用或在贮存间,出现容量下降的现象.也就是说的电池在无任何负载时,由于自放电使容量损失。一般电池的自放电主要出现在负极,因为负极活性物质中多为比较活泼的金属粉末,冲在溶液中比氢的电势负,容易发生置换氢气的反应.如果在极板上存在比电势低的金属杂质.这些杂质在极板活性物质中形成了微小的腐蚀电池,引起负极金属自容,并伴有氢气板出,从而使容量减少。自放电的严重程度将直接影响电池质量.一般用自放电率来表示其公式为:自放电率=Ca-Cb/CaT×100%其中,Ca为电池初始容量,Cb为放置后电池容量,T为放置时间.值得说明的是,当自放电率为负值时,说明贮存时间不长,电池处于容量增长期。