美国霍尔曼蓄电池失效的机制
阀控蓄电池是一个复杂的电化学体系,其性能和寿命取决于制备电极的材料、工艺、活性物质的组成和结构、电池运行状态和条件等。它的失效因素主要有如下几种。
1)正极板的腐蚀
对浮充电使用的电池,板栅腐蚀是限定电池寿命的重要因素。在电池过充电状态下,正负极板上反应如下:
可见,负极产生水,降低了酸度,而正极反应产生H+,加速了正极板栅的腐蚀。阀控蓄电池中的电解液固定,在浮充过程中由于氧复合的作用,其浮充电流高于流动电解液的蓄电池,同时正极的电位也比流动电解液蓄电池中高。因此对阀控蓄电池来说其板栅腐蚀的问题尤为重要。
2)水损失
阀控蓄电池在使用期间氧复合机制的效率不是100%,由于再化合反应不完全及板栅腐蚀引起水的损失,当每次充电时,由于产生气体的速率大于气体再化合速率,导致一部分气体逸出,造成水的损失。阀控蓄电池因为其电解液不可补充,所以失水也是其特有的失效原因之一。
3)枝状结晶生成
阀控蓄电池由于电解液不流动所以不易产生枝状晶体。但当阀控蓄电池处于过放电状态,或长期以放电状态放置时,枝状晶体穿透隔膜的现象仍会发生。在这种情况下,负极pH值增加,极板上生成可溶性铅颗粒,促进板状结晶生成穿透隔膜造成极间短路,使电池失效。这种失效电池的电压为零。
美国霍尔曼2v200ah蓄电池
4)负极板硫酸盐化
负极在电池充、放电中的反应:
放电过程Pb+H2SO4—2e-→PbSO4+2H+
充电过程Pb+1/2O2+H2SO4→PbSO4+H2O
由于白化合反应的发生,无论电池处于充电或放电状态,负板总有硫酸铅存在,使负极长期处于非完全充电状态,形成不可逆硫酸铅,使电池容量减少,导致电池失效。阀控蓄电池比防酸隔爆蓄电池更易出现负极的硫酸化。这是由于:①实现氧循环而造成的负极板较低的电位;②固定的电解液造成的电解质的分层。
5)热失控
热失控是阀控蓄电池所特有的一种失效模式热,它与闭合氧循环的机理有关。水分解为氢气和氧气的过程会产生热量,每18克水分解产生210.6千焦的热量。常规蓄电池在充电时,除了活性物质的再生外,还有电解质中的水电解生成氢气和氧气。气体从电池内析出的过程中带走了水电解所产生的热量。阀控蓄电池在充电时内部产生的氧气流向负极,氧气在负极板使活性物质海棉状铅氧化,并有效地补充了电解而失去的水。这样,虽然消除了爆炸性混合气体排出的问题,但这种密封结构使得热扩散减少了一种重要途径,散热只能通过电池壳壁的热传导进行。
美国霍尔曼2v200ah蓄电池
当VRLA电池工作在浮充或完全再化合模式的过充状态时,没有纯化学反应,几乎所有过充的能量都转化成热能。如果系统周围环境能将产生的热散发并达到平衡,那么就没有热失控问题。当再化合反应热量升高率超过了散热率,电池的温度就会升高并且需要更大的电流来维持浮充电压。而额外的电流又引起更多的化合反应和热量产生,从而进一上使电流温度升高,并如此往复。这种纯效应加速电池干涸和内部压力的升高,严重时会造成电池熔化或爆炸起火。热失控的潜在问题会由于环境温度的升高、单体或充电系统的故障而进一步恶化。因此电池安装时良好的通风和合适的环境温度很重要。为降低发生热失控的风险,充电装置的浮充电压应根据蓄电池的环境温度进行温度补偿。