中级通信设备环境知识点精讲之阀控式密封铅酸蓄电池的失效

       下面是由希赛小编整理的中级通信设备环境知识点精讲之阀控式密封铅酸蓄电池的失效，希望能帮助学友们。具体内容如下：

       阀控式密封铅酸蓄电池的失效

       阀控式密封铅酸蓄电池尽管有许多优点，但和所有电池一样也存在可靠性和寿命问题。阀控式电池的使用寿命一般可达15-20年(25C浮充使用)，但实际在使用中，阀控式电池会出现提前失效的现象，放电容量降为80%以下。造成阀控式密封铅酸蓄电池失效的主要因素有板栅的腐蚀与变形、电解液干涸、负极硫酸化、早期容量损失(PCL)和热失控等。

       1.板栅的腐蚀与增长

       板栅腐蚀是阀控式电池失效的重要原因。无论是在开路状态，还是浮充状态或是充放电状态，都存在着腐蚀的必然性。在开路状态，铅合金板栅与活性物质二氧化铅直接接触，而且共同浸在硫酸溶液中，它们各自与溶液建立不同的平衡电极电位。

       在微电极中，Pb02是正极，铅合金是负极，结果导致正极板栅不断地溶解，而在充电过程，对正极板栅而言所能承受的电位值比铅的平衡电位正很多，使得正板栅上的铅处于阳极极化状态，铅合金将被腐蚀溶解。所以正极板栅无论是静止状态还是在充电状态，始终处于热力学的不稳定状态，总存在着被氧化的趋势。特别是在过充电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，H+浓度增加，导致正极附近酸度增高，板栅腐蚀加速，如果电池使用不当，长期处于过充电状态，那么很快这些电池的板栅就会变薄，容量降低，最后失效。

       正极板栅在遭受腐蚀的同时产生变形，使板栅尺寸线性增大，甚至于个别筋条断裂，最终导致整个电池的损坏。

       板栅的腐蚀与变形二者是互相影响的，腐蚀薄膜在金属与腐蚀产物的介面间扩展，即向着发生腐蚀的金属方向生长。腐蚀的最终产物Pb02的分子体积大约为铅原子体积的1.4倍，再加上Pb02薄膜有一定的空隙，这样合金的体积与它转化成腐蚀产物的体积差别很大。况且腐蚀薄膜有一定强度，与板栅金属结合得较牢固，本身不易断裂，从而对板栅金属给予张力，使板栅变形。这种现象的严重程度取决于板栅合金机械强度。正极板栅存在着腐蚀和变形的必然性，并不意味着我们没有办法克服，经过阀控式电池的研究者和国内外各厂家的研究，主要有以下一些方法可以减缓正极板栅的腐蚀和增长，保证电池的使用寿命。

       (1)增加正极板栅的厚度，保证阀控式电池板栅的工作年限。

       (2)在电池设计上采用玻璃棉紧装配或胶体电介质使电极能承受的压力加大，提高板栅的机械支撑力。

       2.电解液干涸

       通常认为阀控式电池失水是影响电池寿命的主要因素之一，阀控式电池水损失的途径有以下几个方面。

       (1)氧复合不能达到100%.阀控式电池在长期浮充运行期间，负极产生的氧气不可能随时百分之百地被复合，总有少量部分被排出。特别是新电池在刚投入运行时，有个别电池出现浮充电压偏高，这时电池中的水处于被分解状态，另外，当电池以较高电压充电时，会造成明显失水现象。

       (2)安全阀失效或频繁开启。安全阀的其中一个作用是当电池中产生过量气体时安全阀打开，及时排气。当安全阀失效时，有可能在电池内压很低时就开启，或开启了闭不上，就容易造成气林和水分严重损失，失水过多造成失效。

       (3)通过电池槽、盖渗漏。容器渗水取决于材料的性质和厚度，相对而言，电池周围大气的湿度也有影响，常用的电池槽材料为ABS、PP、PVC,各有优缺点，各种材料的水蒸气和氧气的渗透率也不完全一样。

       (4)板栅腐蚀造成失水。正极板栅的腐蚀而产生水的转移是影响电池容量的主要因素之一。所以，对正板栅合金材料的选用及极板厚度的设计，正极板暴露在电介中的面积都应该慎重考虑。

       3.负极硫酸化

       负极的硫酸化也是阀控式密封铅酸蓄电池失效的主要原因之一，负极的硫酸化同时也导致了容量的损失。铅蓄电池在正常工作中，负极板上PbS04颗粒小，充电时很容易恢复为绒状铅，但有的电池生成了难以还原的大颗粒硫酸铅，称为硫酸盐化。负极板硫酸盐化原因很多，主要原因如下。

       (1)铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电而长期搁置。在这种情况下，活性物质中没有受到电化学还原的硫酸铅晶体的量就会很多，这些硫酸铅晶体在重结晶时使颗粒变大，生成不可逆硫酸铅。

       (2)铅蓄电池长期充电不足。表现为整组电池中的浮充电压长期偏低产生落后电池。

       (3)铅蓄电池经常被深度放电，电池电压放电至名1.75-1.80V或以下。由于经常进行深度放电，使以后充电时没有还原的硫酸铅在活性物质中积累到相当的数量。

       (4)在较高的温度下储存铅蓄电池，加速了硫酸铅重结晶及自放电的过程，促进了极板的硫酸盐化。

       (5)电解液出现层化，导致负极板下部容易产生硫酸盐化。铅酸蓄电池在充放电过程中电解液的密度在不断地变化，充电时密度增大，放电时密度降低。对固定式铅酸蓄电池来说，充电时较重的电解液向底部沉降，放电时较轻的电解液浮向顶部。蓄电池在充放电过程中，电解液按密度分层的现象称为层化。

       4.早期容量损失

       铅酸蓄电池的早期容晕衮减(PrematureCapacityLoss,PCL)一般被认为是：初期进行容量循环时，每经过一次充放电循环实验，容量逐渐降低，严重的每次循环降低5%以上，这一现象引起了世界各国希赛网的关注，对此现象的解释和解决办法层出不穷。

       一般认为铅酸蓄电池采用无锑和低锑合金作为板栅材料时，发生PCL现象较为普遍：但采用高锑合金的板栅，往往会导致蓄电池失水比较严重。PCL经常发生在蓄电池深循环使用条件下，容量随着循环而衰减快。影响PCL程度的因素很多，包括板栅合金的组分，如Pb-Sb合金中的Sb的含量、Pb-Ca-Sn合金中Sn的含量：铅膏的视密度;电池组装时的组装压力;H2S04的数量和密度;充放电循环方式等。

       保加利亚科学院院士D.Pavlov教授研究了铅钓合金作为正板栅的蓄电池早期容量衰减问题，并提出了凝胶--晶体(gel-crystal)的概念。他认为早期容量衰减是由于板挪中缺锑、锡等掺导元素造成的，板栅合金腐蚀层中存在PbO，值具有重要性质，并提出以下方法抑制PCL:

       (1)在板栅合金中添加锑、锡等元素;

       (2)紧装配(0.3-lkg/cm2)以便活性物质处于较高密度：

       (3)H2S04含量要适当，不能太多;

       (4)高温固化。

       5.热失控

       热失控是指蓄电池在恒压充电时，电流和温度均升高且互相促进的现象，并逐步损坏蓄电池。

       热失控通常在蓄电池电解液较少、充电电流特别是充电末期电流较大时产生。因为充电末期时电流比较大，电解液温度升高，氢氧过电位均降低;气体的生成和析出使气体复合通道增多，用于分解水的分解电流同步增大;二者均促使水分解加快。高温高压气体生成的速率大于安全阀排气速度和气体复合速度之和，使电池内部温度迅速升高。随着温度升高和电流的增大而互相促进，使电池内部温度可以高达120℃以上，软化ABS外壳(ABS熔点为160-C)，从而发生电池的膨胀。

       另外，阀控式密封铅酸蓄电池与富液式开口电池不同，由于阀控式电池存在内部氧循环，同时氧与负极反应形成氧化铅的过程也是一个放热反应，这样阀控式电池就多了一个热量来源，电池温度高于富液式开口电池。而且阀控式电池中无游离电解液，压紧装配，使电池的散热条件很差，如果蓄电池的温度或环境温度、充电电压过高，则充电电流增大，致使电池内部产生大量的氧复合，从而使蓄电池升温，如果反复出现这种现象，有时就会产生热失控而导致电池损坏。

       6.隔板失效

       由于阀控式密封铅酸蓄电池为紧装配，电池中的AGM隔板使用一定时期之后，产生弹性疲劳，使电池极群失去压缩或压缩减小，结果在AGM隔板与极板间产生微观裂纹，电池内阻增大，电池性能下降。

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