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电动车电池修复方法 铅酸蓄电池的硫化与修复原理

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1、何为硫化

蓄电池内部极板的表面上附着一层白色坚硬的结晶体,充电后依旧不能剥离极板表面转化为活性物质的硫酸铅,这就是硫酸盐化,简称为“硫化”。

2、硫化表象

电池内阻增大,充电较未硫化前电压提前到达充电终止电压,电流越大越明显。酸液密度低于正常值。放电容量下降,放电电流越大容量下降越明显。充电时有产生气泡,充电温升增快,严重时可导致充不进电。

3、硫化的生成

根据蓄电池的双硫酸盐化论,蓄电池在每次放电后,正负极板的不同活性物质均转变为硫酸铅,充电后各自还原回不同的活性物质。而经常过放电、小电流深放电、低温大电流放电、补充电不及时、充电不充足、酸液密度过高、电池内部缺水、长期搁置时,极板表面的硫酸铅堆积过量且在电解液中溶解,呈饱和状态,这些硫酸铅微粒在温度、酸浓度的波动下,重新结晶析出在极板表面。由于多晶体系倾向于减小其表面自由能的结果,重组析出后的结晶呈增大、增厚趋势。由于硫酸铅是难溶电解质,重组后的结晶体其比表面积减小,在电解液中的溶解度和溶解速度降低。硫酸铅附着在极板表面和微孔中阻碍了电池的正常扩散反映,且硫酸铅电导不良阻值大,致使电池在正常的充电中欧姆极化、浓差极化增大,充电接受率降低,在活性物质尚未充分转化时已达极化电压产生水分解,电池迅速升温使充电不能继续下去进而活性物质转化不完全,因而成为容量降低和寿命缩短的原因。

4、如何防止电池产生硫化

每次放电后及时补充电且要充足电,尤其是大电流放电后一定要及时补充电。在小电流放电时尽量控制放电深度,小电流深放电产生的硫酸铅过于致密,放电后充电采取小电流长时间。对于低温大电流放电后,要采取多充电量百分之三十来恢复容量。长期搁置的电池,要先充足电后再搁置,在搁置每两个月适当补充电一次。

5、几种电池硫化修复的方法

1)水疗法

对已硫化电池,可以先将电池放电,倒出原电解液并注入密度在1.10g/cm3以下较稀电解液,即向电池中加水稀释电解液,以提高硫酸铅的溶解度。采用20h率以下的电流,在液温不超过20℃~40℃的范围内较长时间充电,最后在充足电情况下用稍高电解液调整电池内电解液密度至标准溶液浓度,一般硫化现象可解除,容量恢复至80%以上可认为修复成功。

此法机理,用降低酸液密度提高硫酸盐的溶度积,采取小电流长时间充电以降低欧姆极化延缓水分解电压的提早出现,最终使硫化现象在溶解和转化为活性物质中逐渐减轻或消除。

此法特点对于加水蓄电池比较适用,对于硫化严重现象亦可反复处理,无须投资设备即可自行修复,缺点是过程太繁琐对密封电池不太使用。

2)浅循环大电流充电法

对已硫化电池,采用大电流5h率以内电流,对电池充电至稍过充状态控制液温不超过40度为宜,然后放电30%,如此反复数次可减轻和消除硫化现象。

此法机理,用过充电析出气体对极板表面轻微硫化盐冲刷,使其脱附溶解并转化为活性物质。

此法特点,对于轻微硫化可明显修复。但对老电池不适用,因为在析出气体冲刷硫酸盐的同时也对正极板的活性物产生强烈冲刷,使活性物质变软甚至脱落。

3)化学修复法

对已硫化电池,倒掉原电解液,加入纯水与硫酸钠、硫酸钾、酒石酸等物质混合液,采取正常充放电几次,然后倒出纯水加入稍高密度酸液调整电池内酸液至标准液浓度,容量恢复至80%以上可认为修复成功。

此法机理,加入的这些硫酸盐配位掺杂剂,可与很多金属离子,包括硫化盐形成配位化合物。形成的化合物在酸性介质中是不稳定的,不导电的硫化层将逐步溶解返回到溶液中,使极板硫化脱附溶解。

此法特点,修复效率和功效高于前两种修复方法,缺点太繁琐。

4)脉冲修复

对于硫化电池,可用一些专用的脉冲修复仪对电池充放电数次来消除硫化。

此法机理,从固体物理上来讲,任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。一旦绝缘层被击穿,就会由绝缘状态转变为导电状态。如果对电导差阻值大的硫酸盐层施加瞬间的高电压,就可以击穿大的硫酸铅结晶。如果这个高电压足够短,并且进行限流,在打穿硫化层的情形下,控制充电电流适当,就不会引起电池析气。电池析气量取决于电池的端电压以及充电电流的大小,如果脉冲宽度足够短,占空比够大,就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下,同时发生的微充电来不及形成析气,如果含有负脉冲去极化,就更能保证在击穿硫酸盐层时极板的气体析出,这样就实现了脉冲消除硫化。从原子物理学来说,硫离子具有5个不同的能级状态,处于亚稳定能级状态的离子趋向于迁落到稳定的共价健能级存在。在稳定的共价键能级状态,硫以包含8个原子的环形分子形式存在,这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合,难以跃变和被打碎,电池的硫化现象就是这种稳定的能级。要打碎这些硫化层的结构,就要给环形分子提供一定的能量,促使外层原子加带的电子被激活到下一个高能带,使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率,谐振频率以外的能量过高会使跃迁的原子处于不稳定状态,过低能量不足以使原子脱离原子团的束缚,这样脉冲修复仪在频率多次变换中只要有一次与硫化原子产生谐振,就能使硫化原子转化为溶解于电解液的自由离子,重新参与电化学反应,在特定条件下转换回活性物质。此法特点,效果好操作方便。但需要有专用的脉冲充电器,个人用户都不具备,需要购买。市场上的脉冲修复充电器参差不齐,很多脉冲充电器甚至是专用修复仪的脉宽比、占空比、负脉冲设计得并不合理不能起到去硫化的作用。

大容量铅酸蓄电池(以下简称“电池”)是基站电源的保障。在国内出现“电荒”的时候,后备电源的可靠性显得格外重要。在长三角和珠三角地区,每周内停三供四的时间很多,甚至出现听四供三更加严重的局面。多数处于野外的基站,其供电是难以保证都是采用一、二类电源的,这样,电池的可靠性问题尤其严重。 虽然目前的科学技术飞速发展,近年铅酸蓄电池的发展也比较快,基本上以大型阀控密封式铅酸蓄电池代替了防算酸隔爆型电池。就是大型阀控密封式铅酸蓄电池近些年也在发展。但是大容量的固定电池还是以铅酸蓄电池为唯一的选择。如何延长铅酸蓄电池的正常使用寿命,一直是业内人士探讨的主要问题。

相同的电池,在不同的设备条件、不同的使用条件和不同维护条件下使用寿命相差很大。这就需要在设备条件、使用条件和维护条件上寻找其差异。而电池失效的的几个主要现象是:

a.正极板软化;

b.正极板板栅腐蚀;

c.负极板硫化;

d.失水;

e.少数电池出现热失控(包括电池鼓胀)