一種鉛酸蓄電池正極板強化劑及其使用方法

陳玉濤

摘? 要：正極活性物軟化主要是指蓄電池在充放電時因為正極活性物質結構發生損壞而使活性物質和板柵間結合力降低，進而引起活性物質脫落，是造成蓄電池使用壽命降低的重要原因。該文提出了一種鉛酸蓄電池正極板強化劑，并通過實驗分析可知，該強化劑能夠有效緩解鉛酸蓄電池正極板活性物質脫落，提升整個蓄電池的使用壽命，此外，因為該蓄電池正極板強化劑中含有鉍等物質，所以可以提高鉛酸蓄電池的容量。

關鍵詞：正極板;強化劑;鉛酸蓄電池;使用方法

中圖分類號：TM912? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

鉛酸蓄電池自1859年由法國人普蘭特（Plante）發明后就因其價格低廉、原材料以獲取等優點被廣泛應用于各行業。鉛酸蓄電池的電極由鉛和氧化物構成，H2SO4常作為蓄電池的電解液。鉛酸電池經過100多年的發展在電池能量密度以及循環壽命方面有了長足的進步，在交通、通信、電力等領域都能發現它的身影。但在實際應用中，因為鉛酸蓄電池的使用壽命會受到各種因素影響而出現使用壽命大幅度縮水問題。根據相關研究可知：蓄電池在充電過程中電解液（H2SO4）的溫度與電流密度并不會對蓄電池極板活性物質使用壽命產生影響，對活性物質使用壽命影響最大的為蓄電池的放電條件。基于以上背景該文提出了一種鉛酸蓄電池正極板強化劑，并對其使用方法和效果進行了分析，以期為提升蓄電池使用壽命提供參考。

1 技術背景

鉛酸蓄電池主要是通過電池內部的化學反應存儲能量，蓄電池在放電（使用）時，其實質就是把電池內部存儲的電能轉化成化學物質，其基本原理如圖1所示：

根據相關資料顯示，電池正極板軟化是造成鉛酸蓄電池失效或使用壽命縮短的重要原因，就現今而言，對于解決鉛酸蓄電池正極板軟化的手段較為單一，即使用“深放電后脈沖充電”，該方法的工作原理在于當鉛酸蓄電池深放電后內部電解液（H2SO4）濃度快速下降，當在低密度電流長時間充電后會使電池極板區域出現弱酸弱堿條件，在該條件下α氧化鉛會快速生成，進而使整個極板的強化度得到提升，雖說該手段可以強化鉛酸蓄電池極板，但該方法仍然存在弊端：1）因為首先需要對電池進行深放電，但在深放電時因為電池內部大量α氧化鉛在參與放電后無法得到回復，這無形中降低了電池中α氧化鉛含量，此外，因為有少量的α氧化鉛抵消了電池后期進行脈沖充電后產生的PbO2;2）進行脈沖充電時間長。根據資料顯示，正負脈沖低密度電流充電過程所花費的時間大約為20 h～50 h，甚至在50 h以上，才能夠發揮作用，這個脈沖充電需要花費大量的人力與時間;3）我們都知道α氧化鉛在堿性條件下產生，但在實際應用中對弱堿性環境程度控制又較為困難，增加了該方法的操作難度。基于以上背景，該文研發出一種鉛酸蓄電池正極板強化劑，用以解決現有的鉛酸蓄電池極板軟化處理技術不佳的問題。

2 鉛酸蓄電池正極板強化劑設計

該文所提出的一種鉛酸蓄電池正極板強化劑包括氫氧化鋰、碳酸鈉、硫酸鉍、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四硫磺酸鉀和去離子水，所述強化劑具體配比為：碳酸鈉（0.6%～1.0%）;氫氧化鋰（1.0%～1.4%）;硫磺酸鉀（0.1%～0.3%）;硫酸鉍（0.06%～0.1%）;2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（0.4%～0.6%）;四去離子水（余量）。該文所提出的一種鉛酸蓄電池正極板強化劑的有益效果是：該強化劑能夠用來強化鉛酸蓄電池的充電能力。蓄電池的正極板是由板柵以及活性物質兩部分構成，通常極板中的活性物質有效成分為氧化鋁，從蓄電池工作基本原理中可以看出：當蓄電池放電時活性物質氧化鉛（PbO2）通過反應轉變為硫酸鉛（PbSO4）;當蓄電池充電時則硫酸鉛（PbSO4）又可轉變成氧化鉛（PbO2），而PbO2又是由α氧化鉛和β氧化鉛構成，其中，α氧化鉛比β氧化鉛體積大、堅硬且荷電能力弱，且因為α氧化鉛在堿性條件下產生，所以當蓄電池內部參與放電后，再進行充電則只會產生β氧化鉛，使電池內部的α氧化鉛含量逐漸下降，最終導致電池正極極板上活性物質出現脫落，此外，活性物質的脫落會造成電池正極板上微孔堵塞，減小了電池正極板參與反應面積，最終使蓄電池容量出現縮水。同時，因為該文所提出的一種鉛酸蓄電池正極板強化劑呈堿性，則電池在放電后即使在小電流正負脈沖充電下也可以使極板活性物質周圍呈弱堿性，進而提升α氧化鉛的產生效率，且鉛酸蓄電池正極板強化劑中所添加的化學物質因為不會參與電池內部所發生的反應，因此，在蓄電池中添加該強化劑不會增加蓄電池內部放電。在后期中分析對比中發現：該強化劑使α氧化鉛產生的效率提升了近20倍。

3 具體實施方法

該鉛酸蓄電池正極板強化劑的使用方法及步驟見表1：1）將蓄電池放電至正常終止電壓，將蓄電池放電后容量25%;2）在蓄電池內加注一定量的強化劑，每塊蓄電池注入350 mL的強化劑;3）將加注好強化劑的蓄電池靜置，蓄電池靜置時間為60 min;4）靜置完畢后，將蓄電池正負脈沖電流充電，蓄電池充電時間為11小時。

4 結論

鉛酸蓄電池在循環充電的過程中會使電池極板不斷地膨脹和伸縮，這一過程會使蓄電池正極板軟化，進而影響蓄電池的使用壽命。針對鉛酸蓄電池中正極板軟化問題，該文提出了一種鉛酸蓄電池正極板強化劑及其使用方法，經過實驗研究：該強化劑能以高于現有方法20倍以上的效率生成α氧化鉛，蓄電池的使用壽命得到顯著提升。同時，因為因為該蓄電池正極板強化劑中含有鉍等物質，所以同時也會提高鉛酸蓄電池的容量。

參考文獻

[1]付艷玲，成梓銘，張鳴.安全閥對鉛酸蓄電池循環壽命的影響分析[J].蓄電池，2016，49（1）：24-26.

[2]張曼，吳三械，呂國金，等.添加劑在鉛酸電池中的應用[J].電池，2014（4）：174-177.