鉛酸蓄電池的硫化與修復(fù)原理

1、何為硫化

蓄電池內(nèi)部極板的表面上附著一層白色堅(jiān)硬的結(jié)晶體，充電后依舊不能剝離極板表面轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛，這就是硫酸鹽化，簡稱為“硫化”。

2、硫化表象

電池內(nèi)阻增大，充電較未硫化前電壓提前到達(dá)充電終止電壓，電流越大越明顯。酸液密度低于正常值。放電容量下降，放電電流越大容量下降越明顯。充電時(shí)有產(chǎn)生氣泡，充電溫升增快，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致充不進(jìn)電。

3、硫化的生成

根據(jù)蓄電池的雙硫酸鹽化論，蓄電池在每次放電后，正負(fù)極板的不同活性物質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U，充電后各自還原回不同的活性物質(zhì)。而經(jīng)常過放電、小電流深放電、低溫大電流放電、補(bǔ)充電不及時(shí)、充電不充足、酸液密度過高、電池內(nèi)部缺水、長期擱置時(shí)，極板表面的硫酸鉛堆積過量且在電解液中溶解，呈飽和狀態(tài)，這些硫酸鉛微粒在溫度、酸濃度的波動下，重新結(jié)晶析出在極板表面。由于多晶體系傾向于減小其表面自由能的結(jié)果，重組析出后的結(jié)晶呈增大、增厚趨勢。由于硫酸鉛是難溶電解質(zhì)，重組后的結(jié)晶體其比表面積減小，在電解液中的溶解度和溶解速度降低。硫酸鉛附著在極板表面和微孔中阻礙了電池的正常擴(kuò)散反映，且硫酸鉛電導(dǎo)不良阻值大，致使電池在正常的充電中歐姆極化、濃差極化增大，充電接受率降低，在活性物質(zhì)尚未充分轉(zhuǎn)化時(shí)已達(dá)極化電壓產(chǎn)生水分解，電池迅速升溫使充電不能繼續(xù)下去進(jìn)而活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化不完全，因而成為容量降低和壽命縮短的原因。

4、如何防止電池產(chǎn)生硫化

每次放電后及時(shí)補(bǔ)充電且要充足電，尤其是大電流放電后一定要及時(shí)補(bǔ)充電。在小電流放電時(shí)盡量控制放電深度，小電流深放電產(chǎn)生的硫酸鉛過于致密，放電后充電采取小電流長時(shí)間。對于低溫大電流放電后，要采取多充電量百分之三十來恢復(fù)容量。長期擱置的電池,要先充足電后再擱置，在擱置每兩個(gè)月適當(dāng)補(bǔ)充電一次。

5、幾種電池硫化修復(fù)的方法

1）水療法

對已硫化電池，可以先將電池放電，倒出原電解液并注入密度在1.10g/cm3以下較稀電解液，即向電池中加水稀釋電解液，以提高硫酸鉛的溶解度。采用20h率以下的電流，在液溫不超過20℃～40℃的范圍內(nèi)較長時(shí)間充電，最后在充足電情況下用稍高電解液調(diào)整電池內(nèi)電解液密度至標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，一般硫化現(xiàn)象可解除，容量恢復(fù)至80%以上可認(rèn)為修復(fù)成功。

此法機(jī)理，用降低酸液密度提高硫酸鹽的溶度積，采取小電流長時(shí)間充電以降低歐姆極化延緩水分解電壓的提早出現(xiàn)，最終使硫化現(xiàn)象在溶解和轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)中逐漸減輕或消除。

此法特點(diǎn)對于加水蓄電池比較適用，對于硫化嚴(yán)重現(xiàn)象亦可反復(fù)處理，無須投資設(shè)備即可自行修復(fù)，缺點(diǎn)是過程太繁瑣對密封電池不太使用。

2）淺循環(huán)大電流充電法

對已硫化電池，采用大電流5h率以內(nèi)電流，對電池充電至稍過充狀態(tài)控制液溫不超過40度為宜，然后放電30%，如此反復(fù)數(shù)次可減輕和消除硫化現(xiàn)象。

此法機(jī)理，用過充電析出氣體對極板表面輕微硫化鹽沖刷，使其脫附溶解并轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)。

此法特點(diǎn)，對于輕微硫化可明顯修復(fù)。但對老電池不適用，因?yàn)樵谖龀鰵怏w沖刷硫酸鹽的同時(shí)也對正極板的活性物產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷，使活性物質(zhì)變軟甚至脫落。

3）化學(xué)修復(fù)法

對已硫化電池，倒掉原電解液，加入純水與硫酸鈉、硫酸鉀、酒石酸等物質(zhì)混合液，采取正常充放電幾次，然后倒出純水加入稍高密度酸液調(diào)整電池內(nèi)酸液至標(biāo)準(zhǔn)液濃度，容量恢復(fù)至80%以上可認(rèn)為修復(fù)成功。

此法機(jī)理，加入的這些硫酸鹽配位摻雜劑，可與很多金屬離子，包括硫化鹽形成配位化合物。形成的化合物在酸性介質(zhì)中是不穩(wěn)定的，不導(dǎo)電的硫化層將逐步溶解返回到溶液中，使極板硫化脫附溶解。

此法特點(diǎn)，修復(fù)效率和功效高于前兩種修復(fù)方法，缺點(diǎn)太繁瑣。

4）脈沖修復(fù)

對于硫化電池，可用一些專用的脈沖修復(fù)儀對電池充放電數(shù)次來消除硫化。

此法機(jī)理，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，就會由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。如果對電導(dǎo)差阻值大的硫酸鹽層施加瞬間的高電壓，就可以擊穿大的硫酸鉛結(jié)晶。如果這個(gè)高電壓足夠短，并且進(jìn)行限流，在打穿硫化層的情形下，控制充電電流適當(dāng)，就不會引起電池析氣。電池析氣量取決于電池的端電壓以及充電電流的大小，如果脈沖寬度足夠短，占空比夠大，就可以在保證擊穿粗大硫酸鉛結(jié)晶的條件下，同時(shí)發(fā)生的微充電來不及形成析氣，如果含有負(fù)脈沖去極化，就更能保證在擊穿硫酸鹽層時(shí)極板的氣體析出，這樣就實(shí)現(xiàn)了脈沖消除硫化。從原子物理學(xué)來說，硫離子具有5個(gè)不同的能級狀態(tài)，處于亞穩(wěn)定能級狀態(tài)的離子趨向于遷落到穩(wěn)定的共價(jià)健能級存在。在穩(wěn)定的共價(jià)鍵能級狀態(tài)，硫以包含8個(gè)原子的環(huán)形分子形式存在，這8個(gè)原子的環(huán)形分子模式是一種穩(wěn)定的組合，難以躍變和被打碎，電池的硫化現(xiàn)象就是這種穩(wěn)定的能級。要打碎這些硫化層的結(jié)構(gòu)，就要給環(huán)形分子提供一定的能量，促使外層原子加帶的電子被激活到下一個(gè)高能帶，使原子之間解除束縛。每一個(gè)特定的能級都有唯一的諧振頻率，諧振頻率以外的能量過高會使躍遷的原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，過低能量不足以使原子脫離原子團(tuán)的束縛，這樣脈沖修復(fù)儀在頻率多次變換中只要有一次與硫化原子產(chǎn)生諧振，就能使硫化原子轉(zhuǎn)化為溶解于電解液的自由離子，重新參與電化學(xué)反應(yīng)，在特定條件下轉(zhuǎn)換回活性物質(zhì)。此法特點(diǎn)，效果好操作方便。但需要有專用的脈沖充電器，個(gè)人用戶都不具備，需要購買。市場上的脈沖修復(fù)充電器參差不齊，很多脈沖充電器甚至是專用修復(fù)儀的脈寬比、占空比、負(fù)脈沖設(shè)計(jì)得并不合理不能起到去硫化的作用。

大容量鉛酸蓄電池（以下簡稱“電池”）是基站電源的保障。在國內(nèi)出現(xiàn)“電荒”的時(shí)候，后備電源的可靠性顯得格外重要。在長三角和珠三角地區(qū)，每周內(nèi)停三供四的時(shí)間很多，甚至出現(xiàn)聽四供三更加嚴(yán)重的局面。多數(shù)處于野外的基站，其供電是難以保證都是采用一、二類電源的，這樣，電池的可靠性問題尤其嚴(yán)重。雖然目前的科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，近年鉛酸蓄電池的發(fā)展也比較快，基本上以大型閥控密封式鉛酸蓄電池代替了防算酸隔爆型電池。就是大型閥控密封式鉛酸蓄電池近些年也在發(fā)展。但是大容量的固定電池還是以鉛酸蓄電池為唯一的選擇。如何延長鉛酸蓄電池的正常使用壽命，一直是業(yè)內(nèi)人士探討的主要問題。

相同的電池，在不同的設(shè)備條件、不同的使用條件和不同維護(hù)條件下使用壽命相差很大。這就需要在設(shè)備條件、使用條件和維護(hù)條件上尋找其差異。而電池失效的的幾個(gè)主要現(xiàn)象是：

a．正極板軟化；

b．正極板板柵腐蝕；

c．負(fù)極板硫化；

d．失水；

e．少數(shù)電池出現(xiàn)熱失控（包括電池鼓脹）