如何改進VRLA蓄電池

1概述

鉛酸蓄電池研究和發展的主要目的：

——取得最大的放電容量和深放電的運用；

——經歷多次充、放電循環后，盡可能能維持最大容量。

鉛酸蓄電池的放電反應表述如下：

正極：PbO2＋3H＋＋HSO4－＋2e→PbSO4＋2H2O（1）

負極：Pb＋HSO4－→PbSO4＋H＋＋2e（2）

在最大放電容量中面臨的技術挑戰就是如何推進所有的反應物快速地到達反應區域,為了達到此目標,三個主要單元必須提供：

——固體反應物的表面積；

——在溶液中高的流速（短的擴散距離）；

——低電阻以維持相應的電子流。

每次放電后，最理想的狀態包括：固體的高表面積和與板柵之間的低電阻通過式⑴和式⑵的逆反應它們就能充電、貯存。在理想狀態下電池循環時，其容量保持不變。

實際上，從壽命的開始，固體活性物質的利用率只有30％左右（現在可達40％），隨著過程的進行，循環次數的增加，將降低其性能，幾種嚴重的失效機制影響著一種或多種活性物質的供應和狀態。諸如：

（1）正極活性物質的膨脹在極板的垂直和平行方向,由于板柵腐蝕延長而導致極板膨脹,這種漸漸的膨脹將影響板柵和活性物質之間的連接以及導電性。

（2）失水過充電時產生O2和H2將減少電解液

的體積，使活性物質和電解液失去接觸，這個過程將越來越快;對氫過電位有影響的雜質也能影響氣體產生的趨勢。

（3）電解液分層進行深放電使用后的充電過程

中硫酸產生于極板之間，在電池底部具有匯集較高濃度的硫酸的趨勢。因為它比稀酸具有更高的比重，在不同高度的分布將由于擴散作用或者過充電產生大量氣體而消除。

（4）不完全充電不管是由于不好的充電制度，

還是由于防止極化所產生物理變化的結果，后來的放電將減少。

（5）腐蝕腐蝕層將導致電阻的上升，高的電阻

將導致電流減少。

傳統的富液式動力電池能防止幾種基本的故障是基于以下原因：

（1）正板柵的Sb能防止蠕變，管式極板能阻止正極活性物質的膨脹和脫落。

（2）水的損失將增多，但可以通過補充而抵消。

（3）分層將由于氣體的移動而消失，同時負極的

不完全充電將得到恢復。

（4）板柵腐蝕成為電池壽命終止的因素。

富液電池能夠進行1000次深放電循環，VRLA蓄電池是否也能取得相同的循環壽命？

2VRLA蓄電池

VRLA蓄電池被設計成有利于O2在負極的化合,從而減少水的損失。

在正極形成O2：2H2O→4H＋＋O2↑＋4e（3）

通過氣體通道傳輸到負極，被還原

2Pb＋O2＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O＋熱（4）

現在,有兩種可供選擇的設計方案用來提供氣體通道;一是保持電解液在AGM隔板中，二是將電解液固定為膠體。今天，有一些生產廠將兩種方法結合起來，效果還不錯。

在負極，氧的還原，使負極的電極電位去極化，比起富液電池來，氫氣產生的量相當低，既然極板同時處于充電狀態，PbSO4立即轉變為Pb，重新恢復電池的化學平衡。

2PbSO4＋2H＋＋2e→Pb＋H2SO4（5）

凈的化學反應為零,但在充電過程中充入電池的電能則轉變成熱能而不是化學能。

Sb不再存在于VRLA電池的板柵合金中，Sb能降低氫的過電位而有利于H2在負極產生。對于這類元素，在引入時要特別小心，如果電池在初期處于過飽和狀態，氧循環就不起作用，電池的行為就像富液電池，直達充電的頂峰，正極產生O2和負極產生H2，將通過閥而釋放，水的損失將開辟氣體通道，允許O2的傳輸，使電池釋放的氣體降低到很低水平。

為了防止電池大量損失氣體，氧循環就必須進行，然而，如果氧循環太激烈，將產生大量的熱，負極就很難極化，負極板底部將逐漸硫酸鹽化，這時，酸的濃度就最高。

氧循環與隔板材料的孔結構和采用的充電制度，特別后期充電具有潛在的關系。

所以，從富有液電池變為VRLA蓄電池，則有幾種可能失效的機理發生：

（1）用Pb—Ca代替Pb—Sb合金，減少了氫的損失，抗蠕變力的降低使在極板水平方向的膨脹將越嚴重，保持隔板的壓力使膨脹只存在于極板的水平方向。

（2）水的損失將減少

（3）分層現象將不可避免地產生，多余的水損失后不能彌補。

（4）氧循環的存在導致負極不完全充電。