電池修復技術在通信機房蓄電池維護中的應用

柯世杰，袁 榮，張雪峰

（75841部隊，海南 海口 570236）

0 引言

鉛酸蓄電池老化不能使用的主要原因是極板上堆積了一層硫酸鉛的結晶體，這種物質的堆積使蓄電池的內阻增加，從而造成蓄電池充電時間過長，充電電量不足，逐漸老化，無法有效保證通信設備在斷電情況下的續航時長。通信機房鉛酸蓄電池一個普遍的現狀是配發時間長、性能劣化、急需更換，但更換成本巨大。如果能對部分未嚴重劣化的舊蓄電池進行修復，延長蓄電池的使用壽命，將提高經費使用效益，也符合綠色環保的發展思路。

我們在研究通信機房舊鉛酸蓄電池的工作機理和環境因素的基礎上，采用電化學方式，合理調整技術參數，配置了蓄電池修復添加劑，并結合使用復合脈沖波去硫化技術，能夠快速有效融解頑固的硫酸鉛結晶體，恢復舊鉛酸蓄電池的容量，達到了較好的效果。

1 蓄電池修復機理

1.1 蓄電池工作原理

典型的鉛酸蓄電池具有兩種極板類型，一種是鉛（負極活物質），另一種是二氧化鉛（正極活物質）。在放電過程中，鉛板（負極板）與硫酸H2SO4電解質發生反應產生硫酸鉛（PbSO4）和自由電子，二氧化鉛（PbO2）板（正極板）與硫酸H2SO4電解質發生化學反應，產生氫離子和氧離子，在極板上產生水和硫酸鉛（PbSO4）。在充電過程中，該過程逆反應。

1.2 硫酸鹽化原因

在理論上，蓄電池的充放電過程是可逆的，鉛酸蓄電池在放電時，正負極板都產生一種化合物即硫酸鉛，硫酸鉛是一種難溶于水、不導電的物質。理想充電狀態下，硫酸鉛在電流作用下溶解并還原成鉛，但實際使用過程中，充放電條件不能達到理想條件，時常出現充電不足、失水、過放電等情況，硫酸鉛就會形成粗大堅硬的結晶體，這時就很難用一般的方法將其還原成鉛，被稱之為不可逆的硫酸鹽化。硫酸鹽化，一方面，它可以阻擋硫酸與其他活性物質接觸并發生反應；另一方面，它使活性物質數量減少，引起蓄電池容量下降，嚴重時會造成蓄電池壽命終止。

1.3 去硫化原理

蓄電池修復的關鍵技術在于融解頑固的硫酸鉛結晶體（即去硫化），且能夠有效地保證不損傷蓄電池極板，恢復蓄電池的性能。對于硫化電池，市場上主要有大電流充電、復合脈沖充電、在線除硫和化學除硫法等方法。其中，復合脈沖充電去硫效果最佳，其主要采用專用脈沖修復儀對電池進行充放電來消除硫化。從物理學上講，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，就會由絕緣狀態轉變為導電狀態。如果對電導性差阻值大的硫酸鹽層施加瞬間高電壓，就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，在打穿硫化層的條件下，適當控制充電電流，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，占空比較大，就可以在保證擊穿粗大硫酸鉛結晶的條件下，同時發生的微充電來不及形成析氣，如果含有負脈沖去極化，就更能使在擊穿硫酸鹽層時控制極板氣體析出，這樣就實現了脈沖去硫化。

1.4 修復添加劑的選擇

常規的復合脈沖充電技術可修復部分蓄電池，但修復效果并不理想，經過反復實驗，新研制的電池修復添加劑，配合脈沖充電技術，能夠快速有效去硫，其主要化學成分及作用發揮如下：

（1）稀硫酸：修復目的是加快溶解附在極板上的硫酸鉛，同時確保極板不受腐蝕。負極板的主要成分是鉛，從化學特性分析，鉛不耐濃硫酸腐蝕，但于稀硫酸中耐腐蝕。而硫酸鉛相對于電解液，易溶于稀硫酸，在電池修復過程中，使用稀硫酸作為修復添加劑，有利于硫酸鉛晶體的溶解且不傷及鉛極板。

（2）硫酸銅：為堿土金屬，在化學反應中，這些堿土金屬的金屬離子置換硫酸鉛結晶中的鉛離子，使電解液中的鉛離子濃度增加，參加電化學反應的活性物質增加，從而提高電池的容量，達到修復目的。但這些堿土金屬離子會點蝕極板造成電池損壞，因此應控制用量。

（3）氯化銨、氯化鈉：蓄電池在充電過程中，溫度會升高，硫酸鉛在高溫的時候，容易與氯化銨反應，轉換為氯化鉛，而氯化鉛易溶于飽和的氯化鈉溶液。

且在修復過程中，以上化學成分與陰極和陽極的化學物質發生電化學反應，能夠形成一層電解膜，附著在極板表面，抑制新的硫化反應。

2 修復方案

為驗證修復效果，我們選擇海南薩米爾蓄電池修復設備（TRD-250VS、TRC-S120）來修復蓄電池，該設備采用市場上主流的復合脈沖充電法。在電池修復添加劑比例配置上，通過多次反復實驗對比，我們配置1.28 g/ml的稀硫酸溶液為添加劑的底液，在底液中適當加入硫酸銅、氯化銨和晶體氯化鈉，平均每5 L底液中加入8-12 g硫酸銅晶體、3-5 g氯化銨晶體、8-12 g氯化鈉晶體。

修復蓄電池主要按以下步驟進行：

（1）挑選蓄電池。選取外觀好、無漏液電池，測量電池電壓，初步篩選電池。各電池電壓需高于2 V，才能滿足測試條件。

（2）注入修復添加劑。打開蓄電池的密封閥，加入添加劑，劑量需保證液面覆蓋極板。

（3）溶解硫酸鉛結晶體。使用蓄電池修復設備對待修復蓄電池進行多輪充放電激活（一次充放電為一次循環），使極板上覆蓋的硫酸鉛結晶體逐步融化到蓄電池的化學液中。

（4）持續調整測試。調整充、放電的技術參數，進行多次充放電，爭取獲得最佳修復效果。記錄修復后電池的容量和內阻等參數，得到實驗數據。

3 實驗結果及結論

共選取四組電池進行實驗，其中第一組20節雙登牌500AH2V蓄電池組，第二組48節湯淺牌200AH2V蓄電池組，第三組48節湯淺牌500AH2V蓄電池組，第四組36節日豐牌200AH2V蓄電池組，按照修復方案逐步進行操作，過程中，測試電池容量、電池電壓、電解質比重、電解質阻抗，并觀察電解液顏色，通過反復充放電，測試各項參數有無變化并是否達到預計水平。整個過程中，對單體電池電壓低于1.8 V的，我們予以去除。各組測試數據對比如表1所示：

表1 各組蓄電池測試數據對比

在第一組電池修復中，蓄電池為AGM電池，電池充放電3個循環后，進行了再生和修復，電解液達到了新電解液的水平，蓄電池容量恢復到42%，但在之后的修復循環中，蓄電池狀況未恢復到理想水平；第二組電池修復過程中，蓄電池為GEL型蓄電池，充放電2個循環后，進行了再生和修復，電解液和容量完全恢復到新電池水平，期間整批電池的狀況極好，我們只損失了1節電池。蓄電池容量從41%升至到97%，理論上，可認為這批47節電池已修復成功，可以投入使用；第三組電池修復同樣為GEL型蓄電池，充放電2個循環后，進行了再生和修復，電解液和容量完全恢復到新電池水平，期間除1塊電池外，整批電池的狀況極好，蓄電池容量從47%升至到93%，達到了預期效果；第四組電池修復中，充放電5個循環后，電解液恢復到新電池水平，但無法把這電池的容量恢復到60%以上，打開蓄電池，可以看出，該組電池鉛板腐蝕與氧化嚴重，導致修復效果不佳。

可見，上述方法的得到的修復添加劑，能夠很好地提高廢舊蓄電池的電池容量，取得了較好的效果，達到了我們預期的目的，從理論上分析，這兩組電池應該與新的蓄電池組有相近的使用效能。部隊通信機房鉛酸蓄電池數量非常龐大，蓄電池少有過充或過放情況，蓄電池極板和電解液性能狀態較好，修復價值高，如果采取此方法進行修復，具有很高的經濟價值，且該方法操作簡單，操作專業性要求不高，對改善部隊小遠散單位機房蓄電池使用現狀，具有廣闊的使用前景。