環境溫度對濕態鋅銀電池使用的影響

郭敬宇

關鍵詞：濕態鋅銀電池;環境溫度;鋅銀電池

鋅銀電池最初被應用在艦船上，其安全性和可靠性均比較高，逐漸被廣泛應用于軍民用裝備中。在鋅銀電池中加入KOH溶液后，就是濕態鋅銀電池，但是會明顯縮短鋅銀電池的使用壽命。一般情況下，濕態鋅銀電池擱置時間大概在6-12個月，充放電循環次數8-15次，如果超次數或者超時間使用，會導致電池容量變小。

1 鋅銀電池特性

1.1充電特性

鋅銀電池電極活性物質包括Ag、Ag2O、AgO，單體電池電極電壓有高坪階和低坪階特性，因此當電池進行充電時，就會同時存在兩個電位坪階。在鋅銀電池充電過程中，或者充電完成后，采取相應措施，可減少兩個電位坪階對放電的影響。充電后，電池的電極將轉變為荷電狀態，其充電曲線如圖1所示。

對于鋅銀電池而言，其放電過程剛好是充電反應的逆過程，同樣存在兩個電位坪階，對應兩個不同的化學反應。在長時間低倍率放電情況下，鋅銀電池的電位起伏比較大，一般在15-30%，因此對于供電要求相對較高的設備來說，影響比較大。當在高倍率條件下放電時，鋅銀電池的空載電壓達到1.85V，從開始放電后，電壓起伏過程為1.35V→1.29-1.30V→1.32-1.33V→1.20-1.25V，起伏在10%左右[1]。通過上述敘述可以發現，無論是高倍率還是低倍率放電，電位坪階都會引發電池電壓起伏，但是起伏存在一定差異。由于電池放電過程中電壓起伏受到電池內阻和電位坪階的影響，因此如何弱化兩種因素的影響，是鋅銀電池研究對重點所在。

1.3電極特性

鋅銀電池主要由銀電極、鋅電極、隔膜、KOH溶液以及絕緣殼組成，隔膜被包覆兩個電極之外，可避免堿液中被溶解的銀離子附帶OH-向負極遷移和擴散。銀電極長期浸泡在強堿溶液中，容易產生自反應現象以及溶解遷移，導致隔膜變軟，造成銀電極還原金屬銀的作用大為下降。與之相比，鋅電極隔膜周圍的物質是ZnO，當溫度升高后，ZnO的生成速度會明顯加快，可通過降低鋅電極氧化腐蝕作用來改善。也就是說，鋅電極及其隔膜對鋅銀電池性能的影響程度相對較輕，銀電極及其隔膜抗老化以及阻銀性能才是真正影響電池使用壽命的關鍵因素。

2 控制環境因素對濕態鋅銀電池特性影響的方法

通過上述分析可以發現，環境溫度變化對鋅銀電池的正常使用以及貯藏均存在較大的影響，因此要采取一定控制措施，降低環境溫度因素對鋅銀電池充電、放電以及存放的影響，從而延長濕態鋅銀電池的使用時間，保證其使用效率。

2.1注液注意事項

向鋅銀電池中注入KOH溶液，形成濕態鋅銀電池，鑒于濕態鋅銀電池使用壽命比較短，應該盡快使用。與此同時，采用整組電磁串聯恒流的充電方式輝可進一步強化電池的穩定性。注液后，鋅銀電池要擱置一段時間再進行首次充電，嚴格根據說明書對電池進行放電處理，當單體電壓達到1.20-1.25V時，要停止放電，然后才能對電池組實施充電。對于溫度對濕態鋅銀電池的影響，要適當提高環境溫度，或者通過增加注液鋅銀電池的浸泡時間的方式[2]。加注KOH溶液后，將電池浸泡時間延長到36-48h，環境溫度調整到30-40℃。如果條件允許，可將電池置入真空罐中，每隔一段時間加溫并且抽真空。

2.2充電注意事項

在濕態鋅銀電池充電時，適當升高環境溫度，保證充電過程中環境溫度>30℃，更利于電池的使用與維護。可將電池置入加溫槽中，槽外加注熱空氣。這是因為，在高溫條件下，鋅銀電池電極生成的AgO更加穩定，對保持電池本身的荷電容量具有明顯幫助。與此同時，充電時以及充電后，將濕態鋅銀電池放入高溫蒸餾水中，可進一步強化AgO自身的熱穩定性[3]。如果電池充電后暫時不用，可將充滿電的電池存放在低溫環境中，這是因為AgO熱穩定性比較差，低溫環境可進一步加強濕態鋅銀電池的荷電穩定性。

2.3放電注意事項

濕態鋅銀電池在放電過程中，也需要對環境溫度進行相應控制。一般來說，濕態鋅銀電池放電時采取電池外部加熱方法，提高放電溫度，可減少濕態鋅銀電池坪階電位對放電的影響，提高放電效果的同時，也進一步穩定電池電壓，避免電壓起伏過大而影響電池后續使用性能。

2.4貯藏注意事項

超過3個月不使用的濕態鋅銀電池，可采用低溫環境貯藏方法，降低電池兩個電極隔膜受電溶解后產生膠體性物質的量，并且盡量避免這些物質遷移導致電池性能下降。低溫貯藏需注意以下幾個事項：

（1）濕態鋅銀電池單體荷電容量接近1/3，且每只單體電池開路電壓維持在1.58-1.60V后，開始貯藏。

（2）將貯藏濕態鋅銀電池的冰箱放在空氣流通條件良好的房間內，并且將溫度控制在零下30到零下40℃。

（3）單體電池裝在封口型塑料袋中，抽出空氣后封口，保證封口密實，防止冰箱內冷凝水對電池本身造成不良影響[4]。

低溫貯藏的濕態鋅銀電池再次使用時，要在常溫下解凍，時間控制在48-72h之間，如有需要，可適當提高環境溫度。解凍后，對電池電極的電壓進行測量，電壓水平維持在1.5-1.60V說明低溫貯藏效果比較良好。

結束語

綜上所述，針對濕態鋅銀電池，其使用時間受到環境溫度變化的影響，掌握好存放溫度，能夠提高濕態鋅銀電池的使用壽命，并且更有助于電池的維護。針對鋅銀電池電極結構特征，分析控制環境溫度的方法，從而有效提高濕態鋅銀電池的使用時間，避免浪費。

參考文獻：

[1]覃韜，龍金，劉富亮，等.鋅銀電池用PVA/天絲隔膜的研制[J].中國造紙，2019，38（05）：27-31.

[2]羅曉玉，黎學明，袁再芳，等.鋅銀電池濕荷電貯存容量衰減機理[J].電池，2020，50（05）：14-18.

[3]楊朝蓬，陳永杰，王興賀，等.鋅銀一次電池橫置激活漏電分析研究[J].電源技術，2019，43（11）：1860-1862，1900.

[4]田軍挺，呂曉晴，邱星園，等.延長鋅銀貯備電池貯存壽命的研究[J].電源技術，2020，44（04）：598-601.