1、鉛酸蓄電池極板硫化與失效原因分析鉛酸蓄電池已發(fā)明有一百多年了，一百多年鉛酸蓄電池有著極大的發(fā)展與應(yīng)用。目前市場(chǎng)上應(yīng)用的鉛酸蓄電池有：普通、密封、免維護(hù)式等，由于鉛酸蓄電池經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，至今仍在大量廣泛應(yīng)用，占市場(chǎng)量的70%以上，各行各業(yè)都在應(yīng)用。但由于鉛酸蓄電池的特性、結(jié)構(gòu)、材料、生產(chǎn)環(huán)境、工藝及使用保養(yǎng)維護(hù)等因素，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，鉛酸蓄電池過(guò)早失效而報(bào)廢的現(xiàn)象，75%以上都是由于鉛酸蓄電池極板上形成不可逆硫酸鉛鹽鉛化、自放電、活性物質(zhì)失效及脫落的原因，而這三大難題一直是困撓鉛酸蓄電池行業(yè)難于攻克的頑癥，至今還沒(méi)有解決這三大難題的絕對(duì)好辦法。如普通鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)壽命為2-3年，而往往實(shí)際使用

2、只一年我時(shí)間或更短時(shí)間，免維護(hù)鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)壽命為7-15年，有的制造出來(lái)由于貯存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，未經(jīng)使用就已失效報(bào)廢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于預(yù)期使用壽命，導(dǎo)致能源的浪費(fèi)及應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。一、鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)及特性鉛酸蓄電池主要?dú)んw、正負(fù)極板、隔板，電解液在電場(chǎng)作用下將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)電能貯存，又將化學(xué)電能轉(zhuǎn)為直流電能，并可反復(fù)進(jìn)行數(shù)次充放電循環(huán)的一種裝置，電化學(xué)反應(yīng)式為：上式可知鉛酸蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)體系，鉛酸蓄電池性能壽命長(zhǎng)短取決于制造正負(fù)極板的材料，工藝環(huán)境、活性物質(zhì)純度組合構(gòu)成及使用環(huán)境和維護(hù)等有很重要的影響。二、鉛酸蓄電池正負(fù)極板（電極）中活性物質(zhì)與容量重要關(guān)系。1、由于鉛酸蓄電池容量的多少

3、與正負(fù)極板中能參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)的數(shù)量面積有重要關(guān)系，這里所講活性物質(zhì)量指的是能參加可逆性電化學(xué)反應(yīng)的真實(shí)表面積，而不是幾何尺寸的計(jì)算面積。當(dāng)鉛酸蓄電池加入電解液后，正負(fù)極板都在電解液（硫酸）的浸泡之中，一部分電解液中的硫酸被正負(fù)極板吸收，正負(fù)極板表面全是硫酸鉛。 而正負(fù)極板在電場(chǎng)的作用下，正極板的表面形成致密的二氧化鉛，而負(fù)極板的表面形成致密的純鉛，其正極板形成的二氧化鉛越致密鉛酸蓄電池容量就越大。因此，在常規(guī)的充放電過(guò)程中，正負(fù)極板在充電時(shí)得到二氧化鉛和純鉛，放電后正負(fù)極板形成硫酸鉛，其活性物質(zhì)應(yīng)是迸性的，可相互換置的離子結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)才對(duì)電化學(xué)反應(yīng)有效。 按規(guī)定規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的任

4、何一種額定容量的鉛酸蓄電池，在常充電下其鉛酸蓄電池的容量應(yīng)在額定容量的95%以下，說(shuō)明其鉛酸蓄電池不合標(biāo)準(zhǔn)，其原因有制造材料、生產(chǎn)工藝、環(huán)境、產(chǎn)品貯存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)其活性物質(zhì)老化失效等原因。三、極板酸化，自放電、活性物質(zhì)脫落與鉛酸蓄電池失效。1、極板硫化：所謂硫化是指正負(fù)極板上形成不可逆硫酸鉛鹽化組成一層白色粗粒結(jié)晶的硫酸鉛而言。這種結(jié)晶體很難在正常的充電時(shí)消除，硫化的形成程度與鉛酸蓄電池容量有很大的關(guān)系，硫化越嚴(yán)重，電容量越少，直至報(bào)廢，極板硫化的因素很多，主要是鉛酸蓄電池貯存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)闃O板在化成處理時(shí)活性物質(zhì)表面存在硫酸，導(dǎo)致活性物質(zhì)表面的硫酸鉛老化后失去電離的作用。鉛酸蓄電池帶電擱置時(shí)處于

5、放電狀態(tài)，放電后未及時(shí)給電池充電，電解液密度過(guò)高或不純，都會(huì)使正負(fù)極板中活性物質(zhì)的表面形成不可硫化。所以，硫化是導(dǎo)致極板活性物質(zhì)失效報(bào)廢的主要原因。2、自放電，是指鉛酸蓄電池內(nèi)電自行消耗，一般認(rèn)為每晝夜容量下降不大于2%，就認(rèn)為正常，因鉛酸蓄電池本身有自放電缺點(diǎn)，如果每晝夜容量下降大于2%時(shí)，那就是有故障了，自放電原因主要有：生產(chǎn)制造中材料不純（如含銻過(guò)高或其它有害雜質(zhì)），電解液中含有害雜質(zhì)（鐵、錳、砷、銅等離子），正負(fù)極板硫化后極隔板孔隙堵塞，導(dǎo)致鉛酸蓄電池內(nèi)阻消耗增大，都有導(dǎo)致鉛酸蓄電池產(chǎn)生自放電的原因，所以，要求電解液必須是專(zhuān)用硫酸，水必須是蒸餾水或去離子水。3、極板活性物質(zhì)脫落規(guī)范的使

6、用鉛酸蓄電池，正負(fù)極板中的活性物質(zhì)是不易脫落的。正極板活性物質(zhì)的脫落主要是電不足或低溫時(shí)大電流放電，而負(fù)極板活性物質(zhì)的脫落主要是過(guò)充電或充電電流過(guò)大，過(guò)充電會(huì)引起水的電解產(chǎn)生大量的氫氣和氧氣，當(dāng)氫氣向孔隙沖出時(shí)，會(huì)使活性物質(zhì)脫落，鉛酸蓄電池在顛震的環(huán)境使用也會(huì)加速活性物質(zhì)的脫落。所以，要求鉛酸蓄電池在使用中一定要避免過(guò)充過(guò)放電發(fā)生。4、電池的失效報(bào)廢是指新鉛酸蓄電池未使用就失效報(bào)廢了，原因在于：鉛酸蓄電池制造材料中的活性物質(zhì)組合不合理；極板在化學(xué)處理時(shí)未達(dá)到充放標(biāo)準(zhǔn)；極板貯存環(huán)境不良或存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，密封受損，長(zhǎng)期處于空氣的氧化之中，致使極板活性物質(zhì)被老化；在使用過(guò)程中維護(hù)不當(dāng)，某一單體長(zhǎng)時(shí)間處

7、于去電狀態(tài)，大電流放電時(shí)去電單體出現(xiàn)反極電壓后，仍未及時(shí)給蓄電池維護(hù)：如調(diào)整電解液密度，加蒸餾水，給蓄電池補(bǔ)充電，導(dǎo)致該單體不可逆硫化而失效。在鉛酸蓄電池的使用過(guò)程中，往往是夏季未及時(shí)給蓄電池加水，氣溫高蒸發(fā)快導(dǎo)致電解液不足或干枯，使極板露出電解面后受空氣而氧化氫脆導(dǎo)致極板硫化而壞死。所以，鉛酸蓄電池的損失是夏季時(shí)期，動(dòng)力是在夏季時(shí)氣溫高易起動(dòng)，對(duì)鉛酸蓄電池容量要求高，可是鉛酸蓄電池在夏季時(shí)極板活性物質(zhì)局部面積形成硫化，冬季時(shí)要求鉛酸蓄電池大電流供電已不可能。如果起動(dòng)或牽引用鉛酸蓄電池經(jīng)充電額容量的70%時(shí)，只有報(bào)廢，更換新的蓄電池了。 總而言之：鉛酸蓄電池失效報(bào)廢，除一部分因機(jī)械部件損壞而報(bào)

8、廢外，而絕大部分鉛酸蓄電池的失效都是屬于極板活性物質(zhì)表面形成不可逆硫化后而失效報(bào)廢的。因此，鉛酸蓄電池極板不可逆硫化的難題，仍然是蓄電池領(lǐng)域廣大行業(yè)人員不斷追求待攻克的課題。主要名詞術(shù)語(yǔ)1 蓄電池 (secondary) cell or battery 能將所獲得的電能以化學(xué)能的形式貯存并將化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能的一種電化學(xué)裝置。2 單體蓄電池(secondary)cell ；(rechargeable)cell 由電極和電解質(zhì)組成，構(gòu)成蓄電池組的基本單元。3 蓄電池組 (secondary) battery ；(rechargeable) battery ；storage battery 用電氣方式

9、連接起來(lái)的用作能源的兩個(gè)或者多個(gè)單體蓄電池。4 鉛酸蓄電池 lead-acid battery 電極主要由鉛制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。5 堿性蓄電池 alkaline secondary battery 電解液是堿性溶液的一種蓄電池。6 鐵鎳蓄電池 nickel-iron battery 正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)由鐵制成的一種堿性蓄電池。7 鎳鎘蓄電池 nickel-cadmium battery 正極活性物質(zhì)由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)由鎘制成的一種堿性蓄電池。 8 鎳氫蓄電池 nickel- m etal h ydride battery 正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活

10、性物質(zhì)主要由貯氫合金制成的一種堿性蓄電池。 9 鋅銀蓄電池 silver-zinc secondary battery 正極活性物質(zhì)由銀制成，負(fù)極主要由鋅制成的一種堿性蓄電池。10 充電 charge (of a battery) 蓄電池從外電路接受電能，并轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的工作過(guò)程。 11 放電 discharge 蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，并向外電路輸出電流的工作過(guò)程。 12 開(kāi)路電壓open circuit voltage ；off-load voltage 開(kāi)路時(shí)，蓄電池正、負(fù)極間的電位差。 13 標(biāo)稱(chēng)電壓 nominal voltage 用來(lái)識(shí)別蓄電池類(lèi)型的適當(dāng)?shù)碾妷航浦怠?14 整體

11、蓄電池 monoblock battery 多個(gè)極群組裝在一個(gè)多格蓄電池殼中的一種蓄電池。 15 排氣式蓄電池 開(kāi)口式蓄電池 open cell 蓄電池蓋上有孔可裝有排氣裝置，允許氣體產(chǎn)物逸出的一種蓄電池。16 無(wú)泄露蓄電池 unravel cell 任何地方都不會(huì)泄露電解質(zhì)的蓄電池。注：某些排氣式蓄電池設(shè)計(jì)成無(wú)泄露的，但充電時(shí)可能有漏夜現(xiàn)象。 17 密封蓄電池 sealed cell 當(dāng)蓄電池在規(guī)定的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)工作時(shí)保持密封狀態(tài)，但當(dāng)內(nèi)部壓力超過(guò)預(yù)定值時(shí)，允許氣體通過(guò)一個(gè)可復(fù)位或不可復(fù)位的壓力釋放裝置逸出。注： 1. 可以通過(guò)在蓄電池內(nèi)部的部分或全部氣體再?gòu)?fù)合來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。2. 這種蓄電池是免

12、維護(hù)的，通常可在任何地方工作，不用添加電解液。 18 干式荷電蓄電池 dry charged battery 無(wú)電解液貯存的蓄電池，其極板是干的，且處于荷電狀態(tài)。 19 活性物質(zhì)active material 當(dāng)蓄電池放電時(shí)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，而在充電時(shí)又恢復(fù)為原組分的極板物質(zhì)。20 極板 plate (of a battery)由活性質(zhì)和支撐用的導(dǎo)體(必要時(shí))組成有電極。 21 正極板 positive plate 放電期間構(gòu)成陰極而在充電期間構(gòu)成陽(yáng)極的種極板。 22 負(fù)極板 negative plate 放電期間構(gòu)成陽(yáng)極而在充電期間構(gòu)成陰極的一種極板。23 極板群 極板組 plate g

13、roup 具有相同極性的極板連接而成的組件。24 隔板 separator (of a battery) 放在蓄電池正負(fù)極板之間，允許離子穿過(guò)的電絕緣材料構(gòu)件，它能完全或部分地阻擋活性物質(zhì)的混合。 25 極群組 組合極板組 plate pack 由隔板和正，負(fù)極板組組成的部件。 26 端子：極柱 terminal (of a battery) 蓄電池與外部導(dǎo)體連接的部件。27 電解質(zhì)：電解液 electrolyte 含有移動(dòng)離子并起離子導(dǎo)電作用的液相或固相物質(zhì)。28 蓄電池殼：蓄電池槽 container 容納蓄電池極群組和電解質(zhì)而不受電解質(zhì)腐蝕的容器。29 容量 (battery) capa

14、city 在規(guī)定的條件下，完全充電的蓄電池能夠提供的電量，通常用安時(shí)(ah)表示。注：這一電量的國(guó)際單位為庫(kù)侖(1c=la*s)。但在實(shí)際使用時(shí)，蓄電池容量通常用a.h表示。 30 放電率 discharge rate 蓄電池放電時(shí)用安培表示的電流。 31 終止電壓final voltage cutoff voltage 認(rèn)為放電終止時(shí)的規(guī)定電壓。 32 初始電壓 initial voltage 電路閉合后，初始瞬間極化效應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)刻的負(fù)載電壓。33 標(biāo)稱(chēng)容量 nominal capacity 用來(lái)鑒別蓄電池適當(dāng)?shù)慕频陌矔r(shí)電量。 34 額定容量 rated capacity 在規(guī)定的條件下

15、，蓄電池完全充電后所能提供的由制造廠標(biāo)明的安時(shí)電量。 35 自放電 self-discharge 當(dāng)蓄電池不與外電路連接時(shí)，由于蓄電池內(nèi)自發(fā)反應(yīng)而引起的化學(xué)能損失。36 起動(dòng)能力 starting capability 蓄電池在規(guī)定的條件下給發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)電機(jī)提供電能的能力。 37 充電接受能力 charge acceptance 蓄電池在規(guī)定的條件下接受充電的能力。 38 荷電保護(hù)能力 charge retention 蓄電池在規(guī)定的條件下開(kāi)路時(shí)保持荷電的能力。 39 熱失控 thermal runaway 在恒壓充電期間發(fā)生的一種臨界狀態(tài)。此時(shí)，蓄電池的電流及溫度發(fā)生一種累積的互相增強(qiáng)的作用，并逐漸增強(qiáng)導(dǎo)致蓄電池的損壞。 40 過(guò)充電 overcharge 憲全充電后仍延續(xù)的充電。 41 恒流充電 constant current charge 電流維持在恒定值的充電。 42 恒壓充電 constant voltage charge 蓄電池端子間的電壓維持在恒定值的充電。 43 改進(jìn)的恒壓充電