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标题: 电池硫化是怎么回事？ [打印本页]

作者: zhangkun 时间: 2004-4-6 23:06
标题: 电池硫化是怎么回事？
我是一个还未入门的新手，请教一下一个概念问题，硫化原理、现象及其解决方法
多谢

作者: kin1945 时间: 2004-4-8 10:24
标题: 电池硫化是怎么回事？

一、概述
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第一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年就有第一个专利，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。”
超过80%的电池是因为这些盐化晶体堆积而引起失效。这些晶体形成的速度、面积及硬度是与时间、电池充电状态、能量储备的使用周期有紧密关联。电池上的盐化结晶物堆积是非常麻烦的。以下几种情况是不可避免要产生盐化：
1）、电池在安装使用前曾长时间搁置储存。实际上电池一旦加上硫酸液后就开始了化学反应而产生盐化物。所以，新电池的搁置也会盐化，导致在交通运输工具上安装不久的新电池就失效。
2）、交通工具长时间静止不工作。
3）、电池受到侵蚀使充电期间内阻增加，引起充电不足的情况。
4）、持续过放电。
5）、温度影响。例如，当气温转热，随温度每增加10度，盐化速率呈2倍增长。在充电期间，如外界温度高，当电池的温度达75度时，内阻会增大，致使充电不足情况发生。当温度转冷，交通工具的润滑油变稠，这就需要更大的动力去启动车辆，也就是说，需要电池放电能力更大。其结果，加快了极板上盐化物的堆积。如果留意一下电池过放电的情况，就知道这时候的电池电解液凝固，这种情况极大地伤害了极板。一般情况下，充电达100%时，电解液的比重是1.27左右，这时候的电解液凝固温度是 – 83华氏；当比重在1.2左右时，凝固温度是– 17华氏；若比重在1.14时（也称完全放电），这时仅在8华氏就凝固。
6）、在充电不足的情况下，电池不能供给最大启动电流，这样对频繁使用的车辆经常发生死火。依照BIC手册说：“一辆使用一个充不满电的电池时，就有可能使发动机转速慢和空转不能启动，消耗电能。而反过来，电池也得不到发电机在最佳速率下充电。其结果，虽然电池用全天候充电，仍不能充满电。而又经常性地充电不足，电池盐化加重。这样恶性循环下去，最终使电池完全失效。
综上所述，硫酸盐是能量转换过程必然之物，但硫酸盐的结晶物确是一个严重问题，而不是硫酸盐本身，这需要更多的人去了解这个问题的严重性—硫酸盐结晶使电池失效。其失效的现象包括：
1）、极板弯曲：极板某处有硫酸盐结晶削弱电能的接受，造成电池极板的某处过充电，而这种过充电使此处温度升高，使这里的极板弯曲。
2）、盐化使极板上栅格网眼的反应物脱落，会导致过充电，极板弯曲。
3）、短路：由于盐化使内阻增加，极板弯曲，接触了另一极性的极板而发生短路或破坏了支撑极板的框架。
4）、活性物质的脱落：盐化结晶物使内阻增大，造成局部过充电，导致极板有裂缝和裂缝的物质脱落。
因此，应用脉冲技术去保护极板是最合适的，也有助于减低机械震动引起电池极板的损害。过去，电池盐化后，被认为无用而丢弃，或拉到远处修理。但现在，脉冲技术能很好地解决这个问题。

作者: kin1945 时间: 2004-4-8 10:33
标题: 电池硫化是怎么回事？
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铅酸蓄电池的修理和保护
铅酸蓄电池的报废原因大致可分为叁种：一种是由于经常性地在缺水情况下过充电或过放电严重所造成的。如日夜行驶的出租车，其电池常在缺水的情况下还工作，行驶中发电机对其浮充，引起电池发热，极板弯曲短路电池报废；电池在过充的情况下，电解液会升温，严重时会象沸腾一样，上下翻滚的电解液冲刷着极板，会使其铅粉脱落，时间久了，脱落的铅粉越积越高，等高到碰铅板时就把极板短路了，从而使电池报废。传统的带硫酸溶液的铅酸蓄电池在车辆行驶的过程中其溶液不断冲刷极板，也容易造成极板铅粉脱落，这种报废的电池是没法修理的，从出租车上报废的电池有90%以上是修不了的。第二种是伪劣产品电池、翻新电池，不按国家标准生产的杂牌电池。这种电池的极板及溶液都是极次品，本身谈不上质量，在新的时候能给出些电能，但本身不能维持多久，因此报废就无法救了。第三种情况是全密封的铅酸蓄电池，这种电池两个极板之间夹着隔离板，如羊毛毡之类的东西，它吸满了电解液。这种电池极板不会受冲击而脱落，其报废的原因，常是因为极板上发生“不可逆的硫化”现象所造成的，这种在极板上产生的白色硫酸铅结晶，使极板的有效面积越来越小，从而使电池容量越来越小，也就是说原来充一次电能使电动自行车跑40公里，后来只能跑20公里，最后1公里也跑不了，只能报废了。
使铅酸蓄电池极板产生硫化铅结晶的原因有多方面，最长见的是电池长期放置不用，如汽车制造厂新出厂的汽车长期没卖出去，停在车库内，时间久了，要卖时车打不着火，电池坏了，原因是极板上已大面积地生成硫化铅结晶。如果私家车，主人长期出差在外，回来后也会发现车打不着火，开不动。再如严重的过放电，也会使铅酸蓄电池极板大面积产生硫化铅结晶而遭到报废，如忘了关车灯，开了整整一夜，对摩托车电池来说是致命的。解剖这些全密封的铅酸蓄电池，可看到白色硫酸铅结晶已将两个极板紧紧地粘合在一起，拉都拉不开，此时原先每格有两伏电压（12伏的电池是由6格串联组成的），现在接近了零伏。
无论是否是密封或不密封的电池，凡是由于上述原因而被报废的，都能使其复原。现代的脉冲技术能使这种“不可逆的硫化” 现象变为可逆现象。笔者在1999年就制成的这种设备，做过多年的试验，效果都很好，解剖被修理过的全密封的铅酸蓄电池，可看到极板上的白色硫酸铅结晶已基本消失，电池电压已从修理前的接近零伏回升到正常的电池电压，此时能按常规的充放电方式对其充放电，随即会发现其容量已恢复到90%，甚至超过100%。
据美国资料报道，用这种脉冲技术修复的电池，其寿命能延长五倍以上，我没做过这方面的试验，并对我们国产电池的质量也不敢有此估量，但是我想对正规厂生产的电动自行车蓄电池来说，修理后将其寿命延长一倍是有把握的。
为了延长铅酸蓄电池的寿命，在1999年我还研制出一种无源保护器，它是接在电池两端靠电池供电的电子产品，它是低能耗的。由于每种结晶体在其引成之前必需要有个晶核才行，如果没这个也就形成不了晶体。该电子产品的原理就是用脉冲波不断加到极板上，使其形成不了晶核，而不能产生白色硫酸铅结晶，通俗些讲，可认为脉冲波在不断地洗刷极板，从而使电池能给出充足的电量。使用这种保护器的车主，都感到电量很足。在北方地区，由于天冷，早上汽车往往打不着火，若用了这种保护器，就可以免除了这种弊病。
以上仅是我在修复和延长铅酸蓄电池的寿命方面的一些体会，欢迎大家来共同探讨这个问题。我的邮箱地址：kin1945@163.com

作者: zhangkun 时间: 2004-4-9 21:27
标题: 电池硫化是怎么回事？
分析得太好了，表示感谢！！！！！

作者: 能源庄 时间: 2004-5-11 21:20
标题: 电池硫化是怎么回事？
了解，谢了..

作者: yz11728462 时间: 2004-5-17 08:32
标题: 电池硫化是怎么回事？
谢谢

作者: liutong9414 时间: 2007-7-5 09:06
谢谢谢谢

作者: ddcxf1248 时间: 2007-7-7 20:29
标题: 回复 #8 liutong9414 的帖子
超级的电池修复资料，小弟在此谢过了，我顶一下，

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