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)铅酸蓄电池的比较优势
①性能比较优势目前,大规模产业化的二次电池主要有铅酸蓄电池、镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池。镉镍电池含有剧毒元素镉,已逐步被其他电池所替代。目前,市场上应用广泛的电池为铅酸蓄电池、锂离子电池和氢镍电池。相较于其他二次电池,铅酸蓄电池主要有以下性能比较优势:a、实现工业化生产的时间长、技术成熟的电池,性能稳定、可靠,适用性好;b、采用稀硫酸作电解液,无可燃性,电池采用常压或低压设计,安全性好;c、工作电压较高、工作温度范围较宽,适用于混合电动车(hev)等高倍率放电应用;d、能浮充电使用,浅充浅放电性能优异,适用于不间断电源(ups)、新能源储能、电网削峰填谷等领域;e、大容量电池技术成熟,能制成数千安时的电池,为大规模储能提供了便利。
②成本比较优势铅酸蓄电池是廉价的二次电池,单位能量的价格是锂离子电池或氢镍电池的1/3左右。此外,铅酸蓄电池的主要成分为铅和铅的化合物,铅含量高达电池总质量的60%以上,废旧电池的残值较高,回收价格超过新电池的30%,因此铅酸蓄电池的综合成本更低。
③再生利用比较优势铅酸蓄电池组成简单,再生技术成熟,回收价值高,是容易实现回收和再生利用的电池。全球再生铅产量已经超过原生铅产量,美国废铅酸蓄电池铅的再利用率已超过98.5%,我国废铅酸蓄电池的再利用率也达到90%以上。镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池多为小型电池,且组成复杂,再生成本高,回收难度大,再生产业难以实现市场化运营。目前,前述电池全球的平均回收比例不足20%,特别是锂离子电池,多数国家尚未实现有效回收和再生。
极板酸化,自放电、活性物质脱落与铅酸蓄电池失效
1、极板硫化:所谓硫化是指正负极板上形成不可逆硫酸铅盐化组成一层白色粗粒结晶的硫酸铅而言。这种结晶体很难在正常的充电时消除,硫化的形成程度与铅酸蓄电池容量有很大的关系,硫化越严重,电容量越少,直至报废,极板硫化的因素很多,主要是铅酸蓄电池贮存时间过长,因为极板在化成处理时活性物质表面存在硫酸,导致活性物质表面的硫酸铅老化后失去电离的作用。铅酸蓄电池带电搁置时处于放电状态,放电后未及时给电池充电,电解液密度过高或不纯,都会使正负极板中活性物质的表面形成不可硫化。所以,硫化是导致极板活性物质失效报废的主要原因。
2、自放电,是指铅酸蓄电池内电自行消耗,一般认为每昼夜容量下降不大于2%,就认为正常,因铅酸蓄电池本身有自放电缺点,如果每昼夜容量下降大于2%时,那就是有故障了,自放电原因主要有:生产制造中材料不纯(如含锑过高或其它有害杂质),电解液中含有害杂质(铁、锰、砷、铜等离子),正负极板硫化后极隔板孔隙堵塞,导致铅酸蓄电池内阻消耗增大,都有导致铅酸蓄电池产生自放电的原因,所以,要求电解液必须是专用硫酸,水必须是蒸馏水或去离子水。
3、极板活性物质脱落
规范的使用铅酸蓄电池,正负极板中的活性物质是不易脱落的。正极板活性物质的脱落主要是电不足或低温时大电流放电,而负极板活性物质的脱落主要是过充电或充电电流过大,过充电会引起水的电解产生大量的氢气和氧气,当氢气向孔隙冲出时,会使活性物质脱落,铅酸蓄电池在颠震的环境使用也会加速活性物质的脱落。所以,要求铅酸蓄电池在使用中一定要避免过充过放电发生。
4、电池的失效报废
是指新铅酸蓄电池未使用就失效报废了,原因在于:铅酸蓄电池制造材料中的活性物质组合不合理;极板在化学处理时未达到充放标准;极板贮存环境不良或存放时间过长,密封受损,长期处于空气的氧化之中,致使极板活性物质被老化;在使用过程中维护不当,某一单体长时间处于去电状态,大电流放电时去电单体出现反极电压后,仍未及时给蓄电池维护:如调整电解液密度,加蒸馏水,给蓄电池补充电,导致该单体不可逆硫化而失效。在铅酸蓄电池的使用过程中,往往是夏季未及时给蓄电池加水,气温高蒸发快导致电解液不足或干枯,使极板露出电解面后受空气而氧化氢脆导致极板硫化而坏死。所以,铅酸蓄电池的损失是夏季时期,动力是在夏季时气温高易起动,对铅酸蓄电池容量要求高,可是铅酸蓄电池在夏季时极板活性物质局部面积形成硫化,冬季时要求铅酸蓄电池大电流供电已不可能。如果起动或牵引用铅酸蓄电池经充电额容量的70%时,只有报废,更换新的蓄电池了。
总而言之:铅酸蓄电池失效报废,除一部分因机械部件损坏而报废外,而绝大部分铅酸蓄电池的失效都是属于极板活性物质表面形成不可逆硫化后而失效报废的。因此,铅酸蓄电池极板不可逆硫化的难题,仍然是蓄电池领域广大行业人员不断追求待克服的课题。
电池极板活性物质分别是二氧化铅、多孔金属铅。在长期作用中蓄电池不断充电和放电,极板活性物质进行氧化还原反应,体积发生变化,膨胀、收缩反复进行,活性物质逐渐变得松软脱落,特别是正极板更明显,应视为正常。有的蓄电池出现早期大量活性物质脱落,则是一种不正常现象。其特征是:容量下降,温度升高,电解液浑浊,析气量大。
造成活性物质脱落的原因有:
1、充电电流过大,时间过长,温度过高,产生大量的氢、氧气体,过分的冲击活性物质。
2、经常过放电,生成大量硫酸铅,体积过分膨胀,结合力下降。
3、电解液密度低,严寒季节电解液结冰,活性物质被冰晶胀裂,失去结合力。
4、电解液密度大,腐蚀性大,活性物质机械强度下降,以及内部短路等因素。
5、经常过充电,活性物质过度氧化,疏松,板栅受到腐蚀,失去承载活性物质能力。
6、经常处于高温下充电,正极活性物质形成泥浆软化,易脱落。
7、长期大电流充电、放电,极板产生弯曲,活性物质附着能力差,易脱落。
8、蓄电池在车辆设备上过度震动,导致脱落。
9、杂质进入电池,碱性物质会引起负极多孔金属铅膨胀、脱落。
10、因制造质量有问题,板栅与活性物质结合不牢,出现大量活性物质块状脱落。
解剖检查极板上活性物质脱落的现状是:
1、蓄电池底部淤积了大量沉淀物,极板表现露出板栅筋条,极板组两侧有大量的铅絮物,电解液浑浊,呈铁青色。
2、沉淀颜色呈灰褐色,说明铁、铜杂物较多;沉淀物呈浅蓝或灰白色,说明蓄电池中电解液密度高。
3、沉淀是糊状物,说明蓄电池出现温升过高;是块状物,则说明制造时有先天因素。
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