铅酸蓄电池的硫化与去硫化技术

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1、铅酸蓄电池的硫化与去硫化技术李显忠1刘泽泉2（1武汉大学通信服务中心2武汉大学电气学院湖北武汉４３００７２）摘要：因为铅酸蓄电池有着价格便宜性能良好功率高原材料丰富高回收率等诸多优点，所以被广泛应用于电力系统蓄能。但是目前铅酸蓄电池普遍存在硫化问题，使得电池容量降低、寿命达不到设计寿命，提前报废，造成了极大的浪费。文章介绍了几种去硫化方法及其优缺点，并提出柔性去硫化技术的概念。..关键词：铅酸蓄电池；容量；寿命；硫化；去硫化；柔性去硫化中图分类号：TN912.1文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．12．０42调查显示，很多蓄电池在实际使用过

2、程中，使用和维护不善，比如说经常充电过少、充电未及时、长时间过放电等，极板上会慢慢生产一种坚硬且导电不良的粗晶粒——硫酸铅。这种硫酸铅用常规方法充电很难还原，在充电时充电接受能力很差，大量析出气体，这种现象被称为“不可逆硫酸盐化”，简称“硫化”，也称“盐化”。粗晶粒硫酸铅堵塞了极板孔隙，使电解液渗入困难并增加了内阻，导致蓄电池因容量降低而无法使用，现在各类铅酸蓄电池产品，无论是国产还是进口的，通常在１年左右内就会出现充电困难、容量降低等现象，过早失效报废，远未达到设计寿命。铅酸蓄电池的过早报废不仅严重浪费能源，而且严重污染环境，废旧电池的回收和再利用，已成为各级政府及社会关注热点。１铅

3、酸蓄电池１．１铅酸蓄电池的分类按国际标准，铅酸蓄电池主要分类如下：发动用铅酸蓄电池：机动车辆的起动和照明；固定式铅酸蓄电池：通讯用蓄电池、发电时采用的蓄电池、计算机所用的备用电源；牵引用铅酸蓄电池：叉车、铲车等的电源；铁路用铅酸蓄电池：铁路、电力车、客车用于起动、照明时的动力；储能用铅酸蓄电池：风力、太阳能等发电时所采用的电能储存设备。１．２铅酸蓄电池的构造铅酸蓄电池正极板：由铅、锑、钙合金栏板（内含活性物质（氧化铅－棕褐色））组成。铅酸蓄电池负极板：由铅、锑、钙合金栏板（内含活性物质－海绵状纯铅（深灰色））组成。铅酸蓄电池的正、负极板是通过内部由硫酸、水、铅粉混合制成铅膏填涂在板栅上

4、制作而成的。铅酸蓄电池的电解液：电解液的作用是使铅酸蓄电池正负极板上的活性物质发生溶解、电离，从而产生产生电化学反应；它由纯净的硫酸与蒸馏水按一定的比例配制而成。电解液的相对密度一般为１．２４－１．３０（１５℃）时。铅酸蓄电池的安全阀：由材质为具有优质耐酸和抗老化的合成橡胶制成的。氯丁二烯橡胶制成的单通道排气阀。铅酸蓄电池的结构（见图１）。铅酸蓄电池内部的正电极由表面上附着的ＰｂＯ２的格子板组成，其颜色为巧克色，此ＰｂＯ２由氧化的Ｐｂ细粒组成，电解液能在ＰｂＯ２缝隙中自由通过，Ｐｂ细粒的目的是为了扩大与电解液的接触面积，从而降低内阻。负电极由海绵状的格子铅板组成，其颜色为灰色。正负极板

5、尽量平行相，正负极板间由绝缘物制成的多孔性隔板隔开。隔离板有以下两种，合成树脂纤维和玻璃纤维。当铅酸蓄电池或单格铅酸蓄电池连入电路系统中，铅酸蓄电池与外部电路便构成回路，从而使电子在电路系统中均匀流动。１．３铅酸蓄电池工作原理铅酸蓄电池，它主要由正极板（ＰｂＯ２）、负极板（海绵状纯Ｐｂ）以及电解液（硫酸溶液）组成。铅酸蓄电池在充电时，ＰｂＳＯ４通过氧化还原反应分别恢复成ＰｂＯ２和Ｐｂ，电解液中的硫酸浓度增大；铅酸蓄电池放电时，正极板的ＰｂＯ２和负极板的Ｐｂ与电解液中的硫酸反应，生成硫酸铅，在放电过程中要消耗铅酸蓄电池内部的硫酸，从而造成铅酸蓄电池电解液中的硫酸浓度降低。在铅酸蓄电池放电

6、时，铅酸蓄电池正、负极板上都生成了ＰｂＳＯ４，故把这一理论称之为“双硫酸盐化理论”。在铅酸蓄电池充、放电状态下，铅酸蓄电池的正、负极板分别进行不同的电化学反应，在电化学反应过程中产生大量的正负离子，这些正负离子形成电流，称之为“成硫反应”。铅酸蓄电池的正极板“成硫反应”为：ＰｂＯ２＋３Ｈ＋＋ＨＳＯ－４＋２ｅ－ＰｂＳＯ４＋２Ｈ2Ｏ（１）铅酸蓄电池的负极板“成硫反应”为：Ｐｂ＋ＨＳＯ４－■ＰｂＳＯ４＋２ｅ-＋Ｈ＋（２）铅酸蓄电池的总反应为：ＰｂＯ２＋Ｐｂ＋Ｈ２ＳＯ４＋２ｅ－?圹２ＰｂＳＯ４＋２Ｈ２Ｏ（３）式（１）、式（２）、式（３）中“→”表示铅酸蓄电池放电方向，“←”表示铅酸蓄电池充电方

7、向。２铅酸蓄电池的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”。２．１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。２．２硫化的生成的原因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