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    奧特多鉛酸蓄電池的硫化與清除方法

    奧特多鉛酸電池技術發展100年來基本沒什么變化。雖然在化學和結構上已有改進,但引起電池發生故障有一個共性的因素。這個故障原因是:硫酸鹽堆積在極板上導致失效的結果,解決這些問題最有效的方法是應用脈沖技術。

    一、概述

    奧特多鉛酸電池技術發展100年來基本沒什么變化。雖然在化學和結構上已有改進,但引起電池發生故障有一個共性的因素。這個故障原因是:硫酸鹽堆積在極板上導致失效的結果,解決這些問題最有效的方法是應用脈沖技術。

    脈沖技術有助于排除電池這些故障,它可以保持高的活性物質反應,使電池內部平衡,容易接受外接充電。這樣一來,節約了因置換電池帶來的各種相關費用。

    二、技術介紹

    專家預言:奧特多鉛酸電池作為在電池電源領域里以第一位置將延續到下一世紀。但值得重視的問題是,多數電池的工作狀態不能達到當今科技先進交通工具的需求。按說,鉛酸電池的反應材料能維持8年—10年或更長一些,但事實上做不到。現在的電池平均壽命是6—48個月。而能用48個月的電池僅占30%。大部分電池則提前衰老和失效。影響電池壽命的一系列問題的原因是:硫酸鹽的堆積,而最有效解決這些問題的方法是脈沖技術。

    早在1989年就有第一個專利,利用脈沖技術提高電池的實用性,延長電池壽命。它的工作原理:使電池一直維持高的活性物質反應,使電池內部平衡,易接受充電。這種技術可提供大的放電容量,接受充電快,而且能使用持久。(換言之,延長電池工作壽命)

    現在讓我們來了解一下脈沖技術是如何有益于電池,其工作原理是什么。首先讓我們重溫一下電池的工作原理:依照國際電池理事會手冊第11版:“蓄電池是屬電化學原理設計范疇,電池產生的電能是由存儲的化學能轉變的。在車輛和動力機械設備上需要電池,它的三種主要功能是:

    (1)、供電給點火系統,使發動機啟動。

    (2)、給發動機外的電器設備供電。

    (3)、對電器系統起到穩壓作用,使輸出平滑和降低瞬間有電器系統發生高壓。”

    電池由兩種不同材料構成(鉛和二氧化鉛),這兩種材料置于硫酸液中反應產生電壓,在放電過程,正極鉛板上的活性材料與電解液的硫酸根生成PbSO4。同時,負極板上的活性材料也與電解液硫酸根生成PbSO4。所以,放電的結果使正負極板都覆蓋了硫酸鉛(PbSO4)。電池的恢復是通過對它反方向充電。

    在充電過程,化學反應狀態基本是放電的逆反應。這時正負極板上的硫酸鉛(PbSO4)分解變為原來狀態,即鉛和硫酸根,水分解出“H”和“O”原子,當分離后的硫酸根與“H”結合還原為硫酸電解液。

    從上所述,奧特多蓄電池的工作基本原理是硫酸和鉛進行離子交換的化學反應過程形成的能量。在能量交換過程中,其反應生成物—硫酸鉛在極板上是“臨時”的。但值得注意的是,在充電還原過程,極板上的硫酸鉛并不能全部溶解而堆在極板上。這種堆積物是電化學反應的剩余物,占據了極板的位置。這就是說,極板的有效反應材料在不斷減少,這是導致電池失效的主要原因。(因硫酸鉛導致電池失效,這種現象的通俗叫法是—極板鹽化)

    極板鹽化問題:大多數電池失效歸咎于硫酸鉛的堆積。當硫酸鉛分子的能量大于一個極限低值的時候,它們從極板上溶解,返回到液體狀態。那么,它們可以接受再充電。但實際上,總有一部分的硫酸鹽是不能返回電解液里的,而是貼附在極板上,最終形成不可溶解的晶體。硫酸鹽結晶體是這樣形成的:這些不能參與反應的單個硫酸鹽分子的核心能量都處于極低狀態,它逐步吸附其它因能量極低的硫酸鹽分子。當這些分子堆積,并緊密地結合時,就形成一個晶體。這種晶體不能有效地溶解到電解液里去。這些晶體的存在,占據了極板的位置,使極板失去了充放電的能力。所以,極板被覆蓋的這一點或這一部分都相當于是死點。

    依照BCI手冊58頁說:“電池的本質是化學類器材,它的充電特性常常是由電池自身化學變化而改變的。例如,硫酸鹽應是正常的化學反應生成物,但在非正常狀態下,它變成多余物質而成為影響化學反應的主要問題,而這些多余的硫酸鹽在極板上不斷堆積,又長期被忽略。另外,新電池如存放時間過長,也會出現這種狀態。當電池嚴重鹽化時,就不能接受發電機對它的快而滿的補充電。同樣,也不能作滿意的放電。隨著鹽化加劇,最終因電池不能接受充電和放電而失效。”第56頁上說:“充電電壓是受溫度和電解液濃度、電解液接觸極板的面積、電池的年限、電解液純度等因素影響。極板上的鹽化結晶很硬,使內阻增大。”

    超過80%的電池是因為這些鹽化晶體堆積而引起失效。這些晶體形成的速度、面積及硬度是與時間、電池充電狀態、能量儲備的使用周期有緊密關聯。電池上的鹽化結晶物堆積是非常麻煩的。以下幾種情況是不可避免要產生鹽化:

    1、奧特多電池在安裝使用前曾長時間擱置儲存。實際上電池一旦加上硫酸液后就開始了化學反應而產生鹽化物。所以,新電池的擱置也會鹽化,導致在交通運輸工具上安裝不久的新電池就失效。

    2、交通工具長時間靜止不工作。

    3、電池受到侵蝕使充電期間內阻增加,引起充電不足的情況。

    4、持續過放電。

    5、溫度影響。例如,當氣溫轉熱,隨溫度每增加10度,鹽化速率呈2倍增長。在充電期間,如外界溫度高,當電池的溫度達75度時,內阻會增大,致使充電不足情況發生。當溫度轉冷,交通工具的潤滑油變稠,這就需要更大的動力去啟動車輛,也就是說,需要電池放電能力更大。其結果,加快了極板上鹽化物的堆積。如果留意一下電池過放電的情況,就知道這時候的電池電解液凝固,這種情況極大地傷害了極板。一般情況下,充電達100%時,電解液的比重是1.27左右,這時候的電解液凝固溫度是–83華氏;當比重在1.2左右時,凝固溫度是–17華氏;若比重在1.14時(也稱完全放電),這時僅在8華氏就凝固。

    6、在充電不足的情況下,電池不能供給最大啟動電流,這樣對頻繁使用的車輛經常發生死火。依照BIC手冊說:“一輛使用一個充不滿電的電池時,就有可能使發動機轉速慢和空轉不能啟動,消耗電能。而反過來,電池也得不到發電機在最佳速率下充電。其結果,雖然電池用全天候充電,仍不能充滿電。而又經常性地充電不足,電池鹽化加重。這樣惡性循環下去,最終使電池完全失效。

    綜上所述,硫酸鹽是能量轉換過程必然之物,但硫酸鹽的結晶物確是一個嚴重問題,而不是硫酸鹽本身,這需要更多的人去了解這個問題的嚴重性—硫酸鹽結晶使電池失效。其失效的現象包括:

    1、極板彎曲:極板某處有硫酸鹽結晶削弱電能的接受,造成電池極板的某處過充電,而這種過充電使此處溫度升高,使這里的極板彎曲。

    2、鹽化使極板上柵格網眼的反應物脫落,會導致過充電,極板彎曲。

    3、短路:由于鹽化使內阻增加,極板彎曲,接觸了另一極性的極板而發生短路或破壞了支撐極板的框架。

    4、活性物質的脫落:鹽化結晶物使內阻增大,造成局部過充電,導致極板有裂縫和裂縫的物質脫落。

    因此,應用脈沖技術去保護極板是最合適的,也有助于減低機械震動引起電池極板的損害。過去,電池鹽化后,被認為無用而丟棄,或拉到遠處修理。但現在,脈沖技術能很好地解決這個問題。

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