鉛蓄電池脈沖修復原理

www.xinrong189.com 來源：中國電動車信息網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2006-3-22

1 什么是電池硫化？在極板上生成白色堅硬的硫酸鉛結晶，充電時又非常難于轉化為活性物質的硫酸鉛，這就是硫酸鹽化，簡稱"硫化"。生成這種硫酸鉛的原因是過放電或放電后長期放置時，硫酸鉛微粒在電解液中溶解，呈飽和狀態(tài)，這些硫酸鉛在溫度低時重新結晶，而在結晶質硫酸鉛是析出。這樣在一度析出的粒子上一次又一次地因溫度變動而生長、發(fā)展，使結晶粒增大。這種硫酸鉛的導電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度(Tempo)又很小，充電時恢復困難。因而成為容量降低和壽命縮短的原因。 2 產生硫化的原因是什么？正常的鉛蓄電池在放電時形成硫酸鉛結晶，充電時比較容易地還原為鉛。如果電池地使用和維護不善，例如經常充電不足或過放電，負極上就會逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛。這種硫酸鉛用常規(guī)的方法充電很難還原，要求充電電壓很高，由于充電時充電接受能力很差，大量析出氣體。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在負極，被稱為不可逆硫酸鹽化。它引起蓄電池容量下降，甚至成為蓄電池壽命終止的原因。一般認為，這種不可逆硫酸鹽化的原因是硫酸鉛的重結晶，粗大結晶形成之后溶解度減少。硫酸鉛的重結晶使晶體變大，是由于多晶體系傾向與減少小其表面自由能的結果。從結晶過程的規(guī)律可知，小結晶尺寸的溶解度大于大結晶尺寸的溶解度。因此，當長期存放或過放電時，大量的硫酸鉛存在，再加上硫酸濃度和溫度的波動，個別的硫酸鉛晶體就可以依附靠近小晶體的溶解而長大。有人提出與上述完全不同的觀點，認為不可逆硫酸鹽化常常與電解液中存在大量表面活性物質有關，這些表面活性物質作為雜質存在。由于吸附減小了硫酸鉛的溶解度，充電時會使鉛離子還原的極限電流下降。表面活性物質也會吸附在正極上，但它不至于引起不可逆硫酸鹽化，因為正極在充電時進行陽極氧化過程，其電勢足以破壞表面活性物質，使之被氧化為水和二氧化碳。防止負極不可逆硫酸鹽化最簡單的方法是，及時充電和不要過放電。蓄電池一旦發(fā)生了不可逆硫酸鹽化，如能及時處理尚能挽救。一般的處理方法是：將電解液的濃度調低（或用水代替硫酸），用比正常充電電流小一半或更低的電流進行充電，然后放電，再充電......如此反復數(shù)次，達到應有的容量以后，重新調整電解液濃度及液面高度。 3 電池硫化的危害是什么？輕微的電池硫化，會降低電池的容量，電池內阻增加，嚴重時則電極失效，充不進電。輕微的電池硫化，尚可用一些方法使它恢復，嚴重時采用一般的充電方法是不能夠恢復容量的。 4 電池硫化的特點是什么？硫化的電池最明顯的外特征是電池容量下降，內阻增加。當然，如果電池失水和正極板軟化也具有這個外特性。鑒別電池是否硫化的方法，往往是采用脈沖修復儀對電池進行脈沖修復，如果容量上升，就是硫化，如果沒有一點點容量上升，電池容量下降可能是其它原因產生。 5 消除電池硫化的方法有幾種？特點是什么？ 1）水療法如果硫化不太嚴重，可以使用較稀的電解液，密度在1.100g/cn3以下，即向電池中加水稀釋電解液，以提高硫酸鉛的溶解度。并用20h率以下的電流，在液溫30℃～40℃的范圍內較長時間充電，可能得以恢復。如果電解液密度較高，則充電時只進行水分解，活性物質難以恢復。 2）大電流充電若認為吸附是造成硫酸鹽化的原因，則可以用高電流密度充電（達100mA./cm2）。在這樣的電流密度下，負極可以達到很負的電勢值，這時遠離零電荷點，使φ－φ（0）＜0，改變了電極表面帶電的符號，表面活性物質會發(fā)生脫附，特別是對陰離子型的表面活性物質，這種有害的表面活性物質從電極表面上脫附以后，就可以使充電順利進行。目前國內幾乎沒有人使用這種方法處理不可逆硫酸鹽化，可能出于以下考慮：高電流密度下極化和歐姆壓降增加，這部分能量轉化為熱，使蓄電池內部溫度升高，同時又有大量的氣體析出，尤其是正極大量氣析出氣體，其沖刷作用易使活性物質脫落。 3）脈沖修復按照原子物理學和固體物理學的原理，硫離子具有5個不同的能級狀態(tài)，通常處于亞穩(wěn)定能級狀態(tài)的離子趨向與遷落到最穩(wěn)定的共價鍵能級而存在。在最低能級（即共價鍵能級狀態(tài)），硫以包含8個原子的環(huán)形分子形式存在，這8個原子的環(huán)形分子模式是一種穩(wěn)定的組合，難以被打碎，形成電池的不可擬硫酸鹽化——硫化。多次發(fā)生這樣的情況，就形成了一層類似與絕緣層一樣的硫酸鉛結晶。要打碎這些硫酸鹽層的束縛，就要提升原子的能級到一定的程度，這時候在外層原子加帶的電子被激活到下一個更高的能帶，使原子之間解除束縛。每一個特定的能級都有唯一的諧振頻率，必須提供給一些能量，才能夠使得被激活得分子遷移到更高得能級狀態(tài)，太低得能量無法達到躍遷所需要得能量要求。` 但是，過高的能量會使已經脫離了束縛而躍遷的原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，又回落到原來的能級。這樣，必須通過多次諧振，是的其中一次脫離了束縛，達到最活躍的能級狀態(tài)而又沒有回落的原來的能級，這樣，就轉化為溶解于電解液的自由離子，而參與電化學反應。很高的電壓可以實現(xiàn)，就是大電流高電壓充電的方法，諧振也可以實現(xiàn)，就是脈沖諧波諧振的方法。從固體物理上來講，任何絕緣層在足夠高的電壓下都可以擊穿。一旦絕緣層被擊穿，粗大的硫酸鉛就會呈現(xiàn)導電狀態(tài)。如果對高電阻率的絕緣施加瞬間的高電壓，也可以擊穿大的硫酸鉛結晶。如果這個高電壓足夠短，并且進行限流，在打穿絕緣層的條件下，充電電流不大，也不至于形成大量析氣。電池析氣量強正相關于充電電流和充電時間，如果脈沖寬度足夠短，占空比足夠大，就可以在保證擊穿粗大硫酸鉛結晶的條件下，同時發(fā)生的微充電來不及形成析氣。這樣，實現(xiàn)了脈沖消除硫化。對于密封電池來說，水療法是無法進行的。另外，水療法的成本和使用工時都比較大。現(xiàn)在有了脈沖修復的方法，已經很少見到水療法了。 6 實現(xiàn)脈沖消除硫化和抑制電池硫化的方法是什么？可以采用脈沖保護器和修復儀來處理。一般使用2類修復方法。其一為在線修復，把可以產生脈沖源的保護器并聯(lián)在電池的正負極柱上，使用電池或者充電器的電源或者使用外來的市電，就會有脈沖輸出到電池上面。這種修復方式所需要的能源很少，比較慢，但是由于常年并聯(lián)在電池極柱2端，慢也沒有關系。對于沒有硫化的電池，可以抑制電池的硫化。其二為離線式的，可以產生快速的脈沖，脈沖電流相對比較大，產生脈沖的頻率比較高，脈沖占空比比較大。一些產品還具有自動控制。這種修復儀主要是用來修復已經硫化的電池。