1、第六章 太阳能光伏发电储能装置 光伏发电产生的电能最适合的储能方式是将电能转换为化学能，需要时再将化学能转换为电能，铅酸蓄电池就是目前能有效完成这种转换的最好的装置。组成蓄电池的正极是氧化铅，负极是铅，而电解液主组成蓄电池的正极是氧化铅，负极是铅，而电解液主要是稀硫酸，所以称为铅酸蓄电池。要是稀硫酸，所以称为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池，因其能长期储存电能、大电流放电、价格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和维护成本低等特点，目前已成为世界上产量最大、用途最广泛的蓄电池品种。铅酸蓄电池现已被广泛应用于太阳能发电系统、电动车、汽车、通信、电力、铁路、等各个领域。为了在安装、使用和维护中更好地发挥光伏发
2、电系统的作用。6.1 铅酸蓄电池分类铅酸蓄电池分类 发明铅酸蓄电池，已经历了近150年的发展历程，铅酸蓄电池在理论研究方面，在产品种类及品种、产品电气性能等方面都得到了长足的进步，不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。(1)根据铅酸蓄电池用途分类 启动用铅酸蓄电池、动力用铅酸蓄电池、固定型阀控密封式铅酸蓄电池。(2)按铅酸蓄电池制造方法分类 浇铸板栅、拉网板栅、铅布板栅等。(3)按铅酸蓄电池维护方法分类 全免维护、少维护、干荷电等。(4)(4)常用的铅酸蓄电池分类常用的铅酸蓄电池分类 普通蓄电池：普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成
3、，电解液是硫酸的水普通蓄电池：普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低(即每千克蓄电池存储的电即每千克蓄电池存储的电能能)、使用寿命短和日常维护频繁。、使用寿命短和日常维护频繁。干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时只需加入电解液，过2030min就可使用。免维护蓄电池：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体
4、积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电解液，以后使用中不需要维护(添加补充液)；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液。n 铅酸蓄电池的分类铅酸蓄电池的分类 以产品的结构形式分类，可以分为开口式、富液免维护式、玻璃丝棉隔板吸附式阀控密封型(AGM)、阀控胶体型等几大类产品。国内铅酸蓄电池主要是AGM吸附式和胶体两类阀控密封型蓄电池产品，目前AGM吸附式蓄电池在市场上占主导地位。胶体蓄电池尽管有放电性能好、板极不易弯曲、寿命长等优点，但因生产难度大、技术水平高、国内胶体材料不稳定、生产成本高等原因
5、，国内只有少数几家蓄电池厂在生产，而且用户反映产品质量并没有明显的提高。据国外权威蓄电池研究机构报道，胶体动力型蓄电池综合技术指标和寿命明显优于普通的AGM吸附式蓄电池，胶体蓄电池是动力型铅酸蓄电池的发展方向。6.2 6.2 铅酸蓄电池的组成铅酸蓄电池的组成n铅蓄电池由正极板、负极板、隔板、电槽及电解液正极板、负极板、隔板、电槽及电解液组成。(1)正极板：阳极指发生氧化反应的电极。铅酸蓄电池的阳极板就是正极。它是以结晶细密、疏松多孔的二氧化铅作为储存电能的活性物质，正常为红褐色，铅酸蓄电池的每个单元也分正极和负极，阳极是放电时的负极，充电时的正极。(2)负极板(阴极)：负极指发生还原反应的电极
6、。负极板是放电时的正极，充电时的负极。负极(阴极板)是以海绵状的金属铅作为储存电能的物质，正常为灰色。(3)隔板：由防止渗透离子的材料制成，能防止电池内极性相反的离子接触的组件。蓄电池的正极和负极之间由隔板隔开，吸附式密封蓄电池的隔板是由超细玻璃丝棉制作的，这种隔板可以把电解液吸附在隔板内，吸附式密封蓄电池的名称也是由此而来。(4)电池槽：硬橡胶式及塑料槽。(5)电解液：含有可移动离子，具有离子导电性的液体或固体物质叫做电解液。一般为稀硫酸，由一部分做成胶体。其在铅酸蓄电池中的作用是：参加电化反应；溶液正、负离子的传导体；极板产生温度的热扩散体。6.3 铅酸蓄电池的基本概念铅酸蓄电池的基本概念
7、(1)(1)电池充电：电池充电：电池充电是外电路给蓄电池供电，使电池内发生化学反应，从而把电能转化成化学能而储藏起来的操作。(2)(2)过充电：过充电：过充电是对完全充电的蓄电池或蓄电池组继续充电。(3)(3)放电：放电：放电是在规定的条件下，电池向外电路输出电能的过程。(4)(4)自放电：自放电：电池的能量未通过放电就进入外电路，像这种损失能量的现象称为自放电。(5)(5)活性物质：活性物质：在电池放电时发生化学反应从而产生电能的物质，或者说是正极和负极储存电能的物质统称为活性物质。(6)(6)放电深度：放电深度：放电深度是指蓄电池使用过程中放电到何程度开始停止。(7)(7)板极硫化：板极硫
8、化：在使用铅酸蓄电池时要特别注意的是：电池放电后要及时充电如果长时期处于半放电或充电不足，甚至过充电情况下或者长时间充电和放电都会形成pbs04晶体。这种大块晶体很难溶解，无法恢复原来的状态，导致板极硫化以后充电就困难了。(8)容量：容量：容量是在规定的放电条件下电池输出的电荷。其单位常用安时(ah)表示。(9)相对密度：相对密度：相对密度是指电解液与水的密度的比值，来检验电解液的强度。相对密度与温度变化有关25时，满充的电池电解液相对密度值为1.265。密封式电池，相对密度值无法测量。纯酸溶液的密度为1.835gcm3，完全放电后降至1.120gcm3。电解液注入水后，只有待水完全融合电解液
9、后才能准确测量密度。融入过程大约需要数小时或者数天，但是可以通过充电来缩短时问。每个电池的电解液密度均不相同，即使同一个电池在不同的季节，电解液密度也不一样。大部分铅酸电池的密度在1.11.3gcm3范围内，满充之后一般为1.231.3gcm3。常用液态密度计来测量电解液的相对密度值。高温或者低温中的电池，相对密度也会受影响。这种情况一般会在电池上标明。电池效率受放电电流的影响，因此应避免大放电电流输出导致的效率下降，以及影响电池的使用寿命。(10)运行温度：运行温度：电池运行一段时间，就感到烫手，由此可知，铅酸电池具有很强的发热性当运行温度超过25，每升高10，铅酸电池的使用寿命就减少50%
10、。所以电池的最高运行温度应比外界低，对于温度变化超过5的情况下最好，带温度补偿充电措施；电池温度传感器应安装在阳极上，且与外界绝缘。6.4 蓄电池充放电蓄电池充放电n充、放电原理充、放电原理在蓄电池充、放电时，正极、负极活性物质和电解液同时参加化学反应。铅酸蓄电池充、放电化学反应的方程式如下：正极：PbO2+H2SO4PbSO4+H2O 负极：Pb+H2SO4PbSO4+H2 总反应：PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+H2O 从以上的化学反应方程式中可以看出，铅酸蓄电池在放电时，正极的活性物质二氧化铅和负极的活性物质金属铅都与硫酸电解液反应，生成硫酸铅，在电化学上把这种反应叫做“双硫
11、酸盐化反应”。在蓄电池刚放电结束时，正、负极活性物质转化成的硫酸铅是一种结构疏松、晶体细密的物质，活性程度非常高。在蓄电池充电过程中，正、负极疏松细密的硫酸铅，在外界充电电流的作用下会重新变成二氧化铅和金属铅，蓄电池又处于充足电的状态。由此可以知道以上反应是可逆的。正是这种可逆转的电化学反应，使蓄电池实现了储存电能和释放电能的功能。人们在日常使用中，通常使用蓄电池的放电功能，把充电作为对蓄电池的维护。铅酸蓄电池在充足电的情况下可以长时间保持电池内化学物质的活性，而在蓄电池放出电以后，如果不及时充足电，电池内的活性物质很快就会失去活性，使蓄电池内部产生不可逆转的化学反应。所以对太阳能蓄电池及其他
12、用途的铅酸蓄电池，应对蓄电池充足电保存，并定期给电池补充电。PbO PbO2 2+pb+H+pb+H2 2SOSO4 4=2PbSO=2PbSO4 4+2H+2H2 2O O n在充电时，在电能的作用下，转化为在充电时，在电能的作用下，转化为pbO2pbO2、铅和硫酸、铅和硫酸 ，也就是说充电是由电能转化为化，也就是说充电是由电能转化为化学能的过程。放电时，正极板接受了负极板送来的电子，铅离子由正学能的过程。放电时，正极板接受了负极板送来的电子，铅离子由正4 4价变为正价变为正2 2价价 ，与，与硫酸根接触生成难溶于水的硫酸铅，负极的铅由于输出硫酸根接触生成难溶于水的硫酸铅，负极的铅由于输出2
13、 2个电子，变成正个电子，变成正2 2价，同样也生价，同样也生成硫酸铅。也就是说放电时，再由贮存的化学能转为电能。成硫酸铅。也就是说放电时，再由贮存的化学能转为电能。1 1、正极活性物质和功能、正极活性物质和功能 正极板活性物质的主要成分是二氧化铅，具有较强的氧化性，放电时，与硫酸发生反应生成硫酸铅，并吸收电子。二氧化铅有两种类型晶格，简单地讲就是两种二氧化铅，一种是pbO2另一种是pbO2。两种二氧化铅的差别很大，它们所起的作用也不相同。pbO2给出的容量是pbO2的1.53倍，而pbO2具有较好的机械强度，它的存在，正极板活性物质不宜软化脱落，只有pbO2和pbO2的比例达到 1：1.25
14、时，铅蓄电池才会表现出良好的性能。正极活性物质在放电状态下，与电解质中的硫酸发生反应生成硫酸铅与水，其反应式如下：pbO2+3H+HSO4-+2e=pbSO4+2H2O，充电时，在外线路的作用下转化为pbO2与H2SO4，放电时，二氧化铅的pb4+接受了负极送来的电子形成pb+2与溶液中的硫酸根离子结合生成pbSO4。当硫酸铅达到一定量时，变成沉淀物附着在极板上。充电时硫酸铅中的铅离子的电子被外线路带走转化为二氧化铅。将水中氢离子留在溶液中，氧离子与铅离子结合生成二氧化铅进入晶格，形成正极活性物质.2 2、负极活性物质和功能、负极活性物质和功能 在铅酸蓄电池里，为了供负极板活性物质充分与电解液
15、发生反应，故将铅制成多孔海绵状，又称为海绵铅，在放电时，铅给出外线路电子形成pb+2与溶液的硫酸根结合生成硫酸铅，充电时pbSO4首先溶解成pb2+与SO4-2，Pb+2接受电子进行阴极还原生成铅，进入负极活性物质晶格。充电时的管理(1)蓄电池温度蓄电池温度 充完电后，马上用手摸蓄电池的外壳就有发烫的感觉，这说明充电时温度会上升。但是，温度(电解液温度)升得过高，蓄电池寿命会明显缩短，这是因为蓄电池温度升高，阴阳极板上的活性物质就会劣化，阳极格子受到腐蚀。电池寿命缩短。蓄电池温度也不能太低，温度过低，会使蓄电池容量减少，容易过度放电，电池寿命缩短。通常蓄电池的电解液温度应维持在1555为理想使
16、用状态，特殊情况，也不可超过放电时-1555这个温度范围，充电时060的范围。放电终了时，电解液温度维持在40以下最好。(2)充电量充电量 蓄电池的充电量与放电量之比不能过高，若过高易使水分解，气体产生，电解液明显减少，会使充电时温度上升，蓄电池寿命缩短。假设充电量为放电量120%时的电池，使用寿命有4年；当电池的充电量与放电量之比达到150时，该电池的寿命为4120150=3.2(年年)此外，充电不足又重复放电使用，则会严重影响电池寿命。(3)气体气体 充电场所必须通风良好，注意远离火源，避免触电。充电中产生的气体是氧气与氢气，氢气具有可燃性和爆炸性，若空气中的氢气达到3.8以上，又离火源近
17、，就会发生爆炸。放电时的管理放电时的管理放电时电池内部阻抗即随之增强，完全充电时若为1倍，则当完全放电时，即会增强2 23 3倍倍。严禁到达额定电压时还继续放电，因为放电愈深，电瓶内温度会升高，则活性物质劣化愈严重，进而缩短蓄电池寿命。因此电池电压若已达到厂家规定的最高电压时，则应停止使用，马上充电。每日反复充放电以供使用时，则电池寿命将会因放电量的深浅，而受到影响。蓄电池的电解液比重几乎与放电量成比例。因此，根据蓄电池完全放电时的比重及10放电时的比重，即可推算出蓄电池的放电量。测定铅酸蓄电池的电解液比重为得知放电量的最佳方式。因此，定期地测定使用后的比重，以避免过度放电。测比重的同时，也要
18、测电解液的温度，以20所换算出的比重为准，切勿使其降到80放电量的数值以下。(1)放电状态与内部阻抗 内部阻抗会因放电量增加而加大，尤其放电终点时，阻抗最大放电终点时，阻抗最大，主要因为放电的进行，使得极板内产生电流的不良导体硫酸铅及电解液比重的下降，都导致内部阻抗增强，故放电后，务必马上充电，若任其持续放电状态，则硫酸铅形成安定的白色结晶后(即硫化现象)，即使充电，极板的活性物质也无法恢复原状，而将缩短电瓶的使用年限。(2)放电中的温度 当电池过度放电，内部阻抗即显著增加，因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高，会提高充电完成时的温度，因此，将放电终了时的温度控制在4040以下最好。蓄电池自
19、放电6.5 蓄电池的深度放电蓄电池的深度放电n放电深度即使用过程中放电到何程度开始停止。100%深度指放出全部容量。铅酸蓄电池寿命受放电深度影响很大。设计考虑的重点就是深循环使用、浅循环使用还是浮充使用。若把浅循环使用的电池用于深循环使用时，则铅酸蓄电池会很快失效。因为正极活性物质二氧化铅本身的结合不牢，放电时生成硫酸铅，充电时又恢复为二氧化铅，硫酸铅的摩尔体积比二氧化铅大，则放电时活性物质体积膨胀。若1摩尔二氧化铅转化为1摩尔硫酸铅，体积增加95%。这样反复收缩和膨胀，就使二氧化铅粒子之间的相互结合逐渐松驰，易于脱落。若1摩尔二氧化铅的活性物质只有20%放电，则收缩、膨胀的程度就大大降低，结
20、合力破坏变缓慢，因此，放电深度越深，其循环寿命越短放电深度越深，其循环寿命越短。当蓄电池深度放电（指从10.5V到0V），此时蓄电池电解液表现出来的是铅的“溶解度增大”铅离子浓度升高，当铅离子浓度增高到一定程度时就会形成铅枝，甚至产生铅枝搭桥而造成短路、断格。其原因是蓄电池在放电过程中，阴极的硫酸充当着两个角色，既是电解质又是反应物质。也就是说Pb若想与硫酸根结合成PbSO4,必须从零价变成2价，而在深度放电时其中大部分硫酸在放电到10.5V时已经在正负极板化合成了硫酸铅。而深度放电时，此时的硫酸溶液已经变得密度很低，换句话说已经变成了弱电解质，硫酸根数目相对减少，随着电流的放出，正负极板的铅
21、被迫变成2价的铅离子。因为电解质密度变得越来越低，电离强度变得越来越弱，没有足够的“动力”促使铅离子与硫酸根离子结合成硫酸铅，在低温状态下就更加困难。随着放电深度的增加，正负极板释放的铅离子浓度越来越高，由于相同物质的亲和性导致铅离子结合成铅枝。这就是普通蓄电池为什么深度放电时电解液中反而会出现大量铅离子的根本原因。在过去的技术书籍和文献中曾有人认为深度放电铅的溶解度会大幅度提高，而且百思不得其解。显然“铅的溶解度会增加”是一个错误的理解。深度放电时阳极表现为：Pb首先分解成P和2离子，然后P+4+S+2P+2 在弱电解质中，如果铅离子与硫酸根离子强行结合，会因为硫酸根离子不够用而产生大颗粒不
22、可逆硫酸铅。6.6 6.6 铅酸蓄电池的容量铅酸蓄电池的容量 在一定的放电条件下，可以从电池中获得的电量。用Wh或Ah表示。Wh容量表示电池做功的能力，Ah容量指电池输出的电量。显然，铅酸蓄电池的容量愈大，该电池能输出的电量就愈多，做功的能力就愈强。电池的容量可以分为三种：一种是理论理论容量，它是依据活性物质的量按法拉第定律计算求得的；理论容量是假设极板上的活性物质全部用于放电时的电量，这实际上是不可能的；第二种容量是实际实际容量，由于不可能全部的活性物质都参加反应，所以在一定条件下实际放出的电量，总是低于理论容量。第三种第三种容量是在设计电池时，在规定放电条件下应该放出的最低限度的电量。实际
23、容量与理论容量之比叫做活性物质实际容量与理论容量之比叫做活性物质的利用率。的利用率。如何来提高铅酸蓄电池的实际电容量呢？如何来提高铅酸蓄电池的实际电容量呢？(1)增加活性物质的数量增加活性物质的数量 活性物质参加反应量的多少又与极板的厚度有关。由于小电流长时间放电时，电解液能渗透到极板深层的活性物质孔隙中，活性物质利用率高，放电容量就大。反之，即短时问内，放电电流过大，极板表面生成的硫酸铅易堵塞活性物质的孔隙，导致极板深层的活性物质得不到电解液的及时补充而中断反应。因此，采用大电流短时间放电，放电容量只取决于极板面积的大小。(2)活性物质的孔隙率的影响活性物质的孔隙率的影响 活性物质中孔洞所占
24、的总体积(容积)与活性物质总的体积(容积)之比，叫做活性物质的孔隙率(又称孔度)。由定义可知，活性物质的孔隙率愈大，实际孔洞就愈多，活性物质就少。虽然孔隙率大，电解液与活性物质接触面积大，铅酸蓄电池放电量大，但因孔洞过多，活性物质太少，铅酸蓄电池放电量反而减少，因此，一定存在一个最佳的孔隙率，一般正极板孔隙率为55，负极板孔隙率约为60。此外，当活性物质组成中二氧化铅中的-Pb02多时，放电容量就大。(3)电解液的温度、密度和纯度都对铅酸蓄电池的容量有影响电解液的温度、密度和纯度都对铅酸蓄电池的容量有影响 温度低，硫酸电解液的黏度和电阻都增大，扩散困难，浓度差急剧增加，电阻增大，使活性物质内部
25、的化学反应难以进行。电解液密度低了，参加反应的硫酸量不够，密度太高了也不行，因为电解液的黏度和电阻也会增加。起初用的铅酸蓄电池一般采用1.2701.290gcm3的电解液。此外，放电电流也会影响铅酸蓄电池的容量。利用较小电流放电时，电流密度小，铅离子的数量在电极附近少，即铅离子过饱和度小，容易形成疏松的晶粒粗大的硫酸铅盐层，有利于硫酸电解液通过孔隙扩散到极板深处与活性物质接触，放电容量也提高了。(4)铅酸蓄电池不能闲置时间太长（图铅酸蓄电池不能闲置时间太长（图6-2P111）6.7 极板化成极板化成n极板化成是利用化学和电化学反应使极板转化成具有电化学特征的正、负极的过程。极板化成时需要用直流
26、电源在正、负极板间施加电压，形成电流通过电极而实现电极物质的氧化还原反应，这个过程就叫做电化学反应电化学反应过程。在极板化成的中后期将会有氧气和氢气排出。这是由于电解液分解成水的原因。而水又进一步分解为氧气和氢气。因此，极板化成，肯定有少量的气体排出，如果有大量的气体排出则表明电池被过充电。这时往往有火花产生，将可能导致电池爆炸。6.8 铅酸蓄电池的电动势铅酸蓄电池的电动势n铅酸蓄电池铅酸蓄电池的电动势与端电压是不同的，铅酸蓄电池的电动势是开路电压，端电压是闭路电压。电动势是开路电压，端电压是闭路电压。电动势与硫酸密度关系如图6-3所示，硫酸密度增加(在硫酸密度为1.051.300gcm3范围
27、时)，蓄电池电动势的值也相应增加，呈线性线性关系。温度对铅酸蓄电池的电动势影响不大。6.9 铅酸蓄电池的功率与效率铅酸蓄电池的功率与效率铅酸蓄电池的功率和效率表示在一定的放电条件下，在单位时间内它能输出的能量的大小。功率大小是铅酸蓄电池非常重要的一个特征，因为某一个铅酸蓄电池功率越大，表明这种电池可在比较大电流下放电。单从能量效率角度讨论铅酸蓄电池的效率问题，铅酸蓄电池效率有以下公式表示：w=W(放)/W(充)X100%铅酸蓄电池是可逆电池，因为它充电时把电能转化为化学能，放电时又把化学能转化为电能。但是它在充电时有一部分电能消耗在电解水上，又因为发生自放电和活性物质脱落以及电阻的热效应，所以
28、都会造成铅酸蓄电池效率降低。6.10 铅酸蓄电池的内电阻铅酸蓄电池的内电阻n当铅酸蓄电池铅酸蓄电池在放电时，所表现出来的电阻为铅酸蓄电池的内电阻。铅酸蓄电池的内电阻与下列因素有关。铅酸蓄电池的内电阻与下列因素有关。极板的面积越大，正负极板极之间的距离越小，内阻越小。铅酸蓄电池在充电后，内阻变小，放电后，内阻变大。这是因为板细孔内的电解液在放电时密度减小，放电后内阻变大，特别是随着放电的时间增长，到放电终了，有效物质变为硫酸铅。硫酸铅变为不良导体，因此随着硫酸铅的增多，内电阻逐渐增大。温度对铅酸蓄电池的内电阻的影响也是比较明显的。当铅酸蓄电池的温度下降时，电导率下降，内阻增加。6.11 铅酸蓄电
29、池失效原因及修复方法铅酸蓄电池失效原因及修复方法铅酸蓄电池失效原因：铅酸蓄电池失效原因：n (1)正极板的腐蚀变型 用铅合金制成的正极板栅，在蓄电池充电过程中会被氧化成硫酸铅和二氧化铅。当蓄电池放电以后，如果在较长时间内不充电，电池内的活性物质很快就会失去活性，使蓄电池内部产生不可逆转的化学反应，最终活性物质失去作用，而使电池失效。此外，形成的二氧化铅腐蚀层，使正极板栅产生应力，长大变形。一旦这种变形超过4时将使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落。(2)正极板活性物质脱落、软化 除板栅长大引起活性物质脱落之外，随着充放电反复进行，二氧化铅颗粒之间的结合也会松弛、软化，从板栅上脱落下
30、来。板栅制造、装配的松紧和充放电条件等一系列因素，都对正极板活性物质的软化、脱落有影响。(3)不可逆硫酸盐化 蓄电池过放电并且长期在放电状态下储存时，其负极将形成一种粗大的、难以接受充电的硫酸铅结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸盐化，尚可用一些方法使它恢复，严重时，则电极失效，充不进电。(4)容量过早的损失 用低锑或铅钙制成的板栅合金，在蓄电池使用初期(大约20个循环)出现容量突然下降的现象，使电池失效。原因是正极板栅上的锑随着循环，就会有一部分转移到负极板活性物质的表面上，致使充电电压降低，大部分电流均用于水分解，电池不能正常充电因而失效。因此，对充电电压只有2.3V而失效的铅
31、酸蓄电池负极活性物质的锑含量要进行化验。n (5)(5)热失效热失效 铅酸蓄电池在实际使用中，如果充电电压过高，那么充电电流就会过大，放出的热量也会过多，电池内电解液温度就会升高，致使电池内阻下降。内阻的下降又使充电电流升高。即电池的温升和电流过大互相加强，最终不可控制，使电池变形、开裂而失效。因此在充电时，不要使充电电压过高，电池发热不要太严重。(6)(6)负极汇流排的腐蚀负极汇流排的腐蚀 若在阀控式密封蓄电池中建立了氧循环，电池上部空间就会充满氧气，当电解液沿极耳上升至汇流排，汇流排的合金会被氧化，形成硫酸铅。如果汇流排焊条合金选择不当，汇流排有夹杂渣及缝隙，那么沿着缝隙处的腐蚀会加深，致
32、使极耳与汇流排脱开，负极板失效。不过，一般情况下，负极板栅及汇流排不存在腐蚀问题，(7)(7)隔膜穿孔造成短路隔膜穿孔造成短路 个别品种的隔膜(用聚丙烯制成的)孔径较大，而且在使用过程中聚丙烯熔丝会发生位移，从而造成大孔，活性物质可在充放电过程中穿过大孔，造成微短路，使电池失效。影响铅酸蓄电池寿命的因素影响铅酸蓄电池寿命的因素 n铅酸蓄电池的失效是许多因素综合的结果，既决定于极板的内在因素，诸如活性物质的组成。晶型、孔隙率、极板尺寸、板栅材料和结构等，也取决于一系列外在因素，如放电电流密度、电解液浓度和温度、放电深度、维护状况和储存时间等。(1)(1)主要的外部因素主要的外部因素 放电深度放电
33、深度 即使用过程中放电到何程度开始停止。100深度指放出全部容量。铅酸蓄电池寿命受放电深度影响很大。设计考虑的重点就是深循环使用、浅循环使用还是浮充使用。若把浅循环使用的电池用于深循环使用时，则铅酸蓄电池会很快失效。因为正极活性物质二氧化铅本身的互相结合不牢，放电时生成硫酸铅，充电时又恢复为二氧化铅，硫酸铅的摩尔体积比氧化铅大，则放电时活性物质体积膨胀。若1mol氧化铅转化为1mol硫酸铅，体积增加95%。这样反复收缩和膨胀，就使二氧化铅粒子之间的相互结合逐渐松弛，易于脱落。若1mol二氧化铅的活性物质只有20放电，则收缩、膨胀的程度就大大降低，结合力破坏变缓慢，因此，放电深度越深，其循环寿命
34、越短。过充电程度过充电程度 过充电时有大量气体析出，这时正极板活性物质遭受气体的冲击，这种冲击会促进活性物质脱落；此外，正极板栅合金也遭受严重的阳极氧化而腐蚀，所以电池过充电时会使应用期限缩短。n温度的影响温度的影响 铅酸蓄电池寿命随温度升高而延长。在1035间，每升高1，大约增加56个循环，在3545之间，每升高1可延长寿命25个循环以上；高于50则因负极硫化容量损失而降低了寿命。电池寿命在一定温度范围内随温度升高而增加，是因为容量随温度升高而增加。如果放电容量不变，则在温度升高时其放电深度降低，故寿命延长。硫酸浓度的影响硫酸浓度的影响 酸密度的增加，虽对正极板容量有利，但电池的自放电增加，
35、板栅的腐蚀也加速，促使二氧化铅的松散脱落，随着蓄电池中使用酸密度的增加，循环寿命下降。放电电流密度的影响放电电流密度的影响 随着放电电流密度增加，电池的寿命降低，因为在大电流密度和高酸浓度条件下，促使正极二氧化铅松散脱落。失水的影响失水的影响对于开口电池来说，失水属于正常现象，但对于密封电池来说，在严格的控制之下不应该出现。不过有时充电的恒压值过高，密封电池有可能失水。低锑为板栅合金时的影响低锑为板栅合金时的影响 当低锑为板栅合金时，在蓄电池使用初期(大约20个循环)出现容量突然下降的现象，使电池失效。差不多每一个循环电池容量会下降5，容量下降的速度比较快和早。n(2)解决方法解决方法 控制正
36、极板锡的含量，对于深循环的电池基本上采用1.52的锡的含量。铅酸蓄电池不能闲置时间太长。电解液浓硫酸的含量不宜过高。避免过充电次数太多，起始充电电流连续过低。减少深度放电。提高装配压力。活性物质利用率高，放电容量就大，但也不要通过过高的活性物质利用率来提高电池容量。早期容量产生损失的电池，可以恢复。首先是要使起始充电电流增加，然后采用小电流补足充电；其次充满电的电池，最好搁置在4060条件下储存。反复采用几次小电流放电(电池电压达到标称电压12以后的放电会很慢)，电池的容量还可以恢复。n(3)(3)注意事项注意事项 出现电池容量下降的现象，一定要鉴别是否是在前20个循环发生。如果对于中后期发生
37、容量下降的电池，采用以上方法只能够破坏电池的正极板，而导致正极板软化。铅钙合金系列的电池经常莫名其妙地出现几只电池容量下降的主要原因是电池失衡引起的，铅钙合金系列电池的充足电压较高，一般12V的电池，充电电压要大于16V。当充电机的电压过低时，就易引起电池失衡。当一组电瓶装在一起用时，电瓶的每格自放电不可能绝对相等，自放电大一点的电瓶，每次用恒压充电机都不能完全充足电，未充足电的格未出现析气反应，极板接触电解液的相对面积就大，自放电就大。而自放电小的格，每次都能充足电，当充足电后再过充一点电时，即出现析气反应，生成气体，极板接触电解液面相对减小，自放电就减小，同时充电电压升高，关断充电机，结果
38、自放电小，电压高的格自放电越来越小，每次都能充足电，而自放电大的格自放电越来越大，每次都不能充足电，而且电量越用越小，长期不充足就会硫化而失效。问题的根源就是不能使用恒压充电机，采用恒压充电机，恒压值过低就会出现以上现象，恒压值过高就会使电池热失控，最好的办法是采用多种电流，多种电压的多段式充电机，而且充电终了时要有一个电压较高而电流较小的小电流长充来平衡电池电量。过充电往往需要大电流和高电压而大电流和高电压都会形成强烈的副反应而损伤电池的正极板，还会形成电池的失水。如何实现过充电修复呢?现在找到了一种非常行之有效的方法脉冲的方法。其基本原理如下：采用高电压、大电流的脉冲，克服电池多种原因形成
39、的电池接受能力下降的问题，由于是采用脉冲形式，在大电流脉冲消失以后，通过电池本身的(或者外加的条件)去极化能力，而不形成严重的副反应。这种脉冲过充电修复方法的诞生，使得无损伤的过充电得以实现，经过数年的试验证明，这种方法大大延长了铅酸蓄电池的循环寿命。6.12 铅酸蓄电池对环境的污染铅酸蓄电池对环境的污染n生产铅酸蓄电池存在着倾注硫酸、成品检验和测试环节挥发硫酸雾气等污染环境的大问题。世界环保专家世界环保专家将铅酸蓄电池列为世界三大公害之一将铅酸蓄电池列为世界三大公害之一。硫酸挥发物对生产工人和附近居民的身体健康影响很大。因此，科学工作者应该积极研究一种新的电解液，使之不腐蚀极板，不污染环境，充放电完全无酸雾产生。这种电解液的产生肯定不会对土地、河流和地下水等造成污染，此外还可以省掉净化空气的环保设备费用，也可省掉维护厂房、设备等免受酸腐蚀的费用。n南开大学环境科学与工程学院院长周启星说，铅酸蓄电池的固态、气态污染可以消除，但无法避免水溶性铅重金属离子的污染。铅氧蓄电池的生产工艺虽与铅酸蓄电池的生产工艺相同，但由于采用盐的水溶液代替稀硫酸，铅离子浓度很低，近乎无任何污染排放，极大地减少了铅污染的危险性。
