溫度對閥控式鉛酸蓄電池影響

【摘要】高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用，低溫會引起負極失效，溫度波動會加速枝晶短路等等，這些都將影響電池壽命。因此對蓄電池室的溫度控制和對蓄電池的維護保養(yǎng)是保持其提供可靠備用電源的重要措施。

【關鍵詞】蓄電池；電解液

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A【文章編號】1005-1074(2009)04-0239-01

泵站直流系統(tǒng)裝設了WCK-2/C微機直流監(jiān)控和WXJ-10系列微機蓄電池巡檢裝置，采用閥控式鉛酸蓄電池作為備用電源，由于其在潮白河泵站負責整個微機系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的備用電源，所以保證它的正常工作是非常必要的。就此討論溫度對蓄電池容量、壽命的影響有利于我們更好的維護并保障其供電可靠性。同容量系列閥控式鉛酸蓄電池，以相同放電速率，在一定環(huán)境溫度范圍放電時，使用容量隨溫度升高而增加，隨溫度降低而減小。在環(huán)境溫度10～45℃范圍內，鉛蓄電池容量隨溫度升高而增加，閥控鉛蓄電池在40℃下放電電量，比在25℃下放電的電量大10%左右，但是，超過一定溫度范圍，則相反，在環(huán)境溫度45～50℃條件下放電，則電池容量明顯減小。低溫（<5℃）時，電池容量隨溫度降低而減小，電解液溫度降低時，其粘度增大，離子運動受到較大阻力，擴散能力降低；在低溫下電解液的電阻也增大，電化學的反應阻力增加，結果導致蓄電池容量下降。其次低溫還會導致負極活性物質利用率下降，影響蓄電池容量，如電池在-10℃環(huán)境溫度環(huán)境溫度下放電時，負極板容量僅達35%額定容量。所以保持蓄電池屏的溫度能更高效率的利用蓄電池。

溫度不僅影響電池的容量，而且影響電池的壽命。在特定條件下，閥控式鉛酸蓄電池的有效壽命期限稱為蓄電池的使用壽命。閥控式密封蓄電池內部電解液干涸或發(fā)生內部短路、損壞而不能使用，以及容量達不到額定要求時蓄電池使用失效，這時電池的使用壽命終止。閥控式蓄電池的使用壽命包括使用期限和循環(huán)壽命。使用期限是指蓄電池可供使用的時間，包括蓄電池的存放時間。循環(huán)壽命是指蓄電池可供重復使用的次數(shù)。在環(huán)境溫度25±5℃下，閥控式鉛酸蓄電池的100%DOD循環(huán)壽命可達300次～500次，浮充使用壽命可長達15年～20年。閥控式鉛酸蓄電池終止規(guī)律與傳統(tǒng)蓄電池一樣，即循環(huán)使用時，其壽命主要依賴于充放電深度，浮充使用蓄電池的壽命主要依賴于浮充電壓和溫度。閥控式蓄電池與傳統(tǒng)富液式鉛蓄電池的失效模式不同。由于閥控式鉛蓄電池是緊裝配，正極活性物質不易脫落，電解液分層現(xiàn)象大為減輕。正常情況下，閥控式密封鉛酸蓄電池壽命終止的主要原因有：電解液干涸，電解液作為參加化學反應的物質，在閥控式密封鉛酸蓄電池中是容量的主要控制因素。電解液干涸將造成電池失效。熱失控可使蓄電池外殼鼓脹，裝配壓力減小，水份散失。造成電池容量減少，最終導致電池失效。電池容量逐漸下降，活性物質晶型改變，表面積收縮，活性物質膨脹、脫落、骨架或基板腐蝕等是引起其容量衰退的因素。由于隔膜物質的降解老化而穿孔，活性物質的脫落、膨脹使兩極連接，或充電過程中生成枝晶穿透隔膜等引起的內部短路。

就溫度對閥控式鉛蓄電池實效因素的影響進行分析。從閥控式鉛蓄電池中排出氫氣、氧氣、水蒸汽、酸霧，都是電池失水的方式和干涸的原因。干涸造成電池失效這一因素是閥控式鉛蓄電池所特有的。閥控式鉛酸蓄電池應避免長期高溫條件下使用，長期高溫環(huán)境下使用時，應采取降溫措施，以延長電池壽命。大多數(shù)電池體系都存在發(fā)熱問題，由于氧再化合過程使電池內產(chǎn)生更多的熱量；排出的氣體量小，減少了熱的消散；相對散熱面積小所以閥控式鉛蓄電池中發(fā)熱問題可能性就更大。蓄電池工作環(huán)境溫度過高，或充電設備電壓失控，則電池充電量會增加過快，電池內部溫度隨之增加，大容量電池散熱不佳，從而產(chǎn)生過熱，電池內阻下降，充電電流又進一步升高；反過來電流的升高又使電池內部溫度再升高，內阻進一步降低。如此反復形成惡性循環(huán)，直到熱失控使電池殼體嚴重變形、脹裂。由于早期容量衰減PCL現(xiàn)象的出現(xiàn)，使閥控式鉛酸蓄電池壽命縮短，可靠性變差。引起PCL的主要原因有突然容量損失、緩慢的容量損失和負極無法再充電三種模式。第一種的主要原因是板柵形成阻擋層，通過對腐蝕層性質的研究，改進了電池的制造工藝，在很大程度上解決了此問題；第二種是正極板以較低的速度損失容量，其原因不是通常所見的板柵腐蝕硫酸鹽化或活性物質脫落等，而是由于多孔活性物質膨脹引志顆粒之間互相隔絕而造成的；第三種主要是由于負極充電困難，再充電不足，從而導致負極板底部1/3處硫酸鹽化而造成的。隨著閥控式密封鉛酸蓄電池技術研究的不斷深入，PCL問題在一定程度上得到緩解。溫度對PCL有一定的影響，但其影響程度不大，但高溫時會使電池中添加劑氧化失效，引起活性物質的表面積減少，使電池容量下降加速，正極板柵腐蝕和變形，儲存溫度越高、放電深度越大，板柵腐蝕越劇烈；儲存時間愈長腐蝕層越厚。伴隨著板柵腐蝕而產(chǎn)生板柵變形，其結果使板柵抗張強度變小。當腐蝕產(chǎn)物變得很厚或板柵元件變得相當薄時，還可增加電池短路故障。伴隨著板柵腐蝕而使正極周圍耗水量增加，致使電池失水加速，使電池容量下降。在高電流密度下放電時，有大量的離子要以很短的時間進入電解液，而形成晶核需要一些時間，這樣在電極表面的呈現(xiàn)過大的飽和度，與正常放電電流密度相比就能夠形成數(shù)量多耐尺寸小的晶核，使得電極表面的變成孔隙小的致密層，類似于部分放電量消耗于這種硫酸鉛鹽層上，低溫度促使負極鉛鈍化。在高電流密度，低溫度及硫酸濃度高時，使負極表面溶液飽和度過高，鈍化層隨之變厚。所以很易造成電池因放不出電而失效。深放電之后的電池，其吸附式隔板中易出現(xiàn)鉛絨或彌散型沉淀，導致下負極板微短路，稱為枝晶短路。枝晶短路是閥控式密封鉛酸蓄電池壽命縮短，即電池早期失效的主要原因之一。