VISION威神蓄电池CP1280H消防和安全警报系统
铅酸蓄电池无法充电的主要原因是由于负极添加剂活性降低或损失,而使充电困难,充电接受能力差,再充电不足,从而导致负极板底部1/3处硫酸盐化而造成的。
在常温10h--20h率放电时电池容量受限于正极,在低温(-15℃以下)和高倍率(1h率以上)放电时电池容量受限于负极,低温大电流放电或受高温影响负极极易发生钝
化,其原因是放电过程中有大量的离子要在很短时间内进入酸液,而形成晶核需要一些时间,这样在电极表面的呈现过大的饱和度,与正常放电电流密度相比就能够形成数量多而尺寸小的晶核,使得电极表面变成孔隙小的致密层,阻碍放电反应的继续进行,类似于部分放电量消耗于这种硫酸铅盐层上。
高温促使负极添加剂的分解或溶解在电解液中而早期损失,使负极绒面铅钝化。在低温状态,溶解度明显降低,放电电流与低温低浓度时相同、放电时产生的速度不变,但相对于低平衡溶解度来说提高了饱和度。在低温状态,还导致酸液的粘度增加,导致酸扩散速度下降,增大蓄电池的内阻,高速传质性能变坏。
钝化层厚度与硫酸铅的结晶尺寸、孔隙率和孔径结构有关,即与硫酸铅的溶解度以及铅电极表面溶液饱和度有关。在低温及电流密度、硫酸浓度高时,使负极表面溶液饱和度过高,钝化层随之变厚。很易造成蓄电池因放电困难而失效。负极板的钝化表现为既充不进电也放不出电 。
温度对上述(一)(二)(三)诸因素影响的机理及程度涉及到电化学热力学、电化学动力学、半导体物理学、金属物理学等方面的理论,仍在研究之中。但高温确实会使蓄电池中的添加剂氧化失效,引起活性物质脱落,负极钝化使蓄电池早期的容量衰减速度加快。这种早期容量衰减,将导致铅酸蓄电池寿命缩短,可靠性变差。
(四)正极板腐蚀
根据化学热力学原理,环境温度过高,铅酸蓄电池放电深度越大,电解液密度越高,板栅腐蚀越剧烈;储存时间愈长,腐蚀层越厚。伴随着板栅腐蚀而产生板栅变形拉伸,其结果使板栅抗张强度变小。活性物质脱落,当腐蚀产物变得很厚或板栅变得相当薄时,板栅电阻增大,使电池容量下降,直至蓄电池失效。
如前所述,由于蓄电池是一个电化学容器,对环境温度变化极为敏感,环境温度既影响蓄电池的寿命也影响蓄电池的容量,这两者是密不可分的。
三、阀控式铅酸蓄电池研究发展方向
短短几年时间,铅酸蓄电池在太阳能灯具中得到了广泛应用。鉴于VRLA铅酸蓄电池在自然环境下全天候工作而面临的耐候性较差(-20℃~40℃)的问题,成功地开发出自主知识产权的耐候性较好(-40℃~60℃)的胶体,富液免维护铅酸蓄电池。现就有关富液铅酸蓄电池研发方向简述如下:
★ 关于免维护铅酸蓄电池(不是VRLA蓄电池)
免维护铅酸蓄电池壳盖在结构上采用迷宫式气室,特殊设计的氟塑料橡胶多孔透气阀,采用了富液设计方案,比VRLA铅酸蓄电池多加了20%的酸液,采用多孔低阻PE隔板,极群组周围及槽体之间充满了酸液,有很大的热容量和好的散热性,不会产生热量积累和热失控。受温度影响比VRLA蓄电池为小,从而排除了铅酸蓄电池干涸失效模式。
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★ 关于胶体铅酸蓄电池
胶体铅酸蓄电池采用了富液设计方案,比VRLA铅酸蓄电池多加
了20%的酸液,极群组周围及槽体之间充满凝胶电解质,有较大的热容量和好的散热性。
以上两种蓄电池受温度影响较小,能克服以上三种早期容量损失,并具备以下优势:
(一)采用特殊的非液非胶电解质,提高装配压力(正极板表面的压力),装配压力25―60Kp,抑制正极板活性物质的软化脱落。设计合理的控制阀,增加氧气复合,减少失水,显著提高电池寿命。
(二)采用特殊的板栅结构(正负板栅质量比1:0.75)、工艺手段及材料配方,有机和无机添加剂。形成微孔结构的板栅,增大了电极与电解质的反应界面,降低接触电阻,减小了电极的极化,大幅度提高电极的活性物质利用率、提高了充电效率,增大电池放电和输出功率,有效的成倍延长电池寿命,全面提高电池性能。
(三)正极板栅采用Pb-Ca-Sn-Al-Sb-Zn-Cd其中的组合多元合金,负极板栅采用铅钙锡铝高氢过电位材料板栅和涂膏成型的电极板,容量大、寿命长。铅锡多元合金集流排,内阻小,耐腐蚀,可经受长期浮充使用,分析纯极电解质,自放电小。
(四)采用新技术、改进板栅材配方,提高抗蠕变及抗腐蚀性能,适当提高Pb-Ca合金中的Sn、Ag含量,可以提高抗蠕变性能。
(五)采用低阻多孔PE隔板,极板设计要给电池壳中留出富液空间,酸液不外溢、不污染环境、不腐蚀设备机件,可以顺利进行气体阴极吸收。提高极群组的压力,紧装配,可以延长蓄电池寿命。
(六)电池壳盖采用迷宫式特殊设计的透气阀,和特殊的添加剂,减少了水份的散失。
(七)采用适当的添加剂,有利于保持负极的正常充电状态,避免负极硫化并减小负极自放电。在保持负极正常充电状态的也降低了正极极化电位,从而降低了正极板栅的腐蚀速度,利于延长寿命。
结论:通过对VISION三瑞蓄电池、三瑞胶体铅酸蓄电池、VISION富液免维护铅酸蓄电池耐候性分析和现场试验,太阳能发电系统配套使用的铅酸蓄电池除了耐高低温影响外,还要适用西部干旱沙漠地区。胶体铅酸蓄电池、富液免维护铅酸蓄电池佳选择。