近(jin)幾年(nian)來(lai)，隨著經(jing)濟的(de)持續快速(su)發展(zhan)，電(dian)力、通(tong)訊、計算機等基礎產業發展(zhan)十分迅(xun)速(su)，這些(xie)行業正(zheng)處于一個高(gao)成長(chang)時期，對蓄電(dian)池的(de)需(xu)求(qiu)日益增長(chang)。想知道為什么蓄電(dian)池會出現(xian)失(shi)效現(xian)象，請聽鈺鑫電(dian)氣(qi)小編(bian)淺談(tan)蓄電(dian)池失(shi)效的(de)化學(xue)原理！
蓄電池失效模式有早期容量損(sun)(sun)失(shi)、溫度對充電(dian)的(de)(de)敏感、負極板(ban)硫酸化、正極板(ban)柵和(he)極耳的(de)(de)腐蝕、水(shui)損(sun)(sun)耗、隔膜的(de)(de)損(sun)(sun)壞和(he)自放電(dian)率的(de)(de)控制等(deng)。無論(lun)哪一(yi)種失(shi)效模式，都關聯著供電(dian)可靠性和(he)電(dian)池(chi)的(de)(de)使(shi)用壽命。
蓄電(dian)池(chi)劣化過(guo)程(cheng)，內部不(bu)斷地(di)發生化學反應，這個(ge)過(guo)程(cheng)中也伴隨(sui)著內阻(zu)的(de)不(bu)斷變化。蓄電(dian)池(chi)化成、充電(dian)以(yi)及擱置過(guo)程(cheng)都有氣(qi)體發生，氫氣(qi)與氧氣(qi)的(de)析(xi)出對(dui)電(dian)池(chi)性(xing)能有很大影響(xiang)，起破壞作(zuo)用(yong)。
鉛(qian)酸蓄電(dian)(dian)池(chi)的壽(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)取(qu)決于正(zheng)極板(ban)(ban)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)，只要正(zheng)極板(ban)(ban)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)到期(qi)，就意味著(zhu)蓄電(dian)(dian)池(chi)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)徹底終(zhong)止。當電(dian)(dian)池(chi)正(zheng)板(ban)(ban)柵腐蝕量達到35%時，如果電(dian)(dian)池(chi)容量低于額定容量的80%，便宣告電(dian)(dian)池(chi)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)終(zhong)止。普通鉛(qian)酸蓄電(dian)(dian)池(chi)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)與正(zheng)極板(ban)(ban)柵腐蝕程度及(ji)正(zheng)極板(ban)(ban)柵厚度有關。
所謂正(zheng)極(ji)板柵(zha)腐蝕(shi)是(shi)指(zhi)正(zheng)極(ji)在工作(zuo)條件下，受鉛(qian)本(ben)身熱力學不穩定性(xing)的(de)影響，發(fa)生陽極(ji)溶解，而使板柵(zha)轉化(hua)為多種(zhong)化(hua)合物的(de)現象。正(zheng)極(ji)板柵(zha)腐蝕(shi)后，其(qi)導(dao)電性(xing)能變(bian)差，內阻增大，導(dao)致(zhi)輸出容量減少。
正極(ji)(ji)板柵鉛基(ji)與活性物之(zhi)間存(cun)在電(dian)(dian)(dian)位差，并(bing)組成(cheng)原電(dian)(dian)(dian)池腐蝕(shi)體。由于電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)位高(gao)于，導電(dian)(dian)(dian)粒子(zi)電(dian)(dian)(dian)子(zi)不斷地自(zi)微電(dian)(dian)(dian)池負極(ji)(ji)向正極(ji)(ji)遷移，使鉛基(ji)腐蝕(shi)為氧(yang)化鉛。
負(fu)極(ji)板硫(liu)酸化(hua)：負(fu)極(ji)板放(fang)電(dian)產物硫(liu)酸鉛(qian)(qian)呈(cheng)較(jiao)小顆粒，充電(dian)時很容(rong)易恢復(fu)為絨狀鉛(qian)(qian)，但是某些電(dian)池(chi)放(fang)電(dian)產物為難溶性大顆粒硫(liu)酸鉛(qian)(qian)，并在充電(dian)時不能還原(yuan)為絨狀鉛(qian)(qian)，這種負(fu)極(ji)板成(cheng)為被(bei)硫(liu)酸鹽化(hua)，負(fu)極(ji)板容(rong)易出(chu)現硫(liu)酸鹽化(hua)原(yuan)因包括，長期(qi)供(gong)電(dian)不足，高溫下長期(qi)深放(fang)電(dian)，長期(qi)放(fang)電(dian)擱(ge)置，高型(xing)極(ji)板中電(dian)解液濃度(du)分(fen)層和電(dian)池(chi)失水等(deng)。
負(fu)極(ji)(ji)板(ban)鈍化(hua)：低溫(wen)(wen)和大電(dian)流(liu)密度下(xia)放電(dian)時(shi)，負(fu)極(ji)(ji)很容易發生鈍化(hua)。負(fu)極(ji)(ji)板(ban)鈍化(hua)原因(yin)是負(fu)極(ji)(ji)活性物質轉變(bian)為硫酸鉛(qian)的(de)(de)晶核形成速率跟(gen)不(bu)上(shang)以極(ji)(ji)大速率進入電(dian)解液的(de)(de)鉛(qian)離(li)子(zi)的(de)(de)速率，因(yin)此滯留在(zai)電(dian)極(ji)(ji)表面的(de)(de)鉛(qian)離(li)子(zi)呈現很大的(de)(de)飽和度，與(yu)在(zai)常(chang)溫(wen)(wen)采用(yong)正常(chang)放電(dian)電(dian)流(liu)的(de)(de)條件(jian)相比(bi)，形成了(le)數量多(duo)尺寸小許多(duo)的(de)(de)硫酸鉛(qian)晶核，這種硫酸鉛(qian)便在(zai)電(dian)極(ji)(ji)表面構成空隙(xi)小的(de)(de)致(zhi)密層。
正板柵外露區域由于存在酸性介質，金屬鉛受其影響被腐蝕，其反應式為
式中產物(wu)(wu)從正板柵(zha)進(jin)入電解液，進(jin)而發生(sheng)水解生(sheng)成或(huo)離子，導致金屬銻發生(sheng)偏析，這些(xie)物(wu)(wu)質擴(kuo)散或(huo)電遷移達到蓄電池負(fu)極周(zhou)圍，，由(you)于電勢高可以與鉛電極組成微(wei)電池，之后分別被還原成和等物(wu)(wu)質，并沉積在(zai)負(fu)極表面，減(jian)少負(fu)極活(huo)性物(wu)(wu)質表面積。
VRLA蓄(xu)電(dian)池(chi)每1Ah（10小時率）理論容(rong)量需要硫(liu)酸(suan)量為3.66g，實際上設(she)計用量約為5.48g，由于電(dian)解(jie)液(ye)總量一(yi)定(ding)，電(dian)池(chi)一(yi)旦(dan)失水過多，必將造成電(dian)池(chi)輸(shu)出(chu)容(rong)量的減(jian)少。
導致(zhi)電池(chi)水損耗的因素(su)有：正極板柵腐蝕(shi)、電極自放電、浮充過程水分解、密封不嚴、充電機紋波系數過大等。
氧氣(qi)(qi)析出：正極有氧氣(qi)(qi)析出
在鉛酸蓄電池(chi)整個壽(shou)命周期均有氧氣(qi)發(fa)生，主要(yao)是因(yin)為正極活性物質氧化(hua)鉛與硫(liu)酸溶(rong)液(ye)直接(jie)作(zuo)用與濃(nong)差電池(chi)的作(zuo)用。
負極有氫氣析出
硫酸(suan)鉛還原(yuan)(yuan)為(wei)鉛，氫(qing)離子還原(yuan)(yuan)為(wei)氫(qing)氣兩個反應同時(shi)進行，但由(you)于兩個反應速度不同，經相關資料(liao)與數據顯示，鉛電(dian)(dian)極要析出而要離開平衡電(dian)(dian)極電(dian)(dian)位0.9V才有可能。
充滿(man)電的(de)鉛(qian)酸蓄(xu)電池(chi)在(zai)儲存期的(de)鉛(qian)酸蓄(xu)電池(chi)負(fu)極(ji)析(xi)氫過(guo)電位(wei)(wei)遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)大于析(xi)鉛(qian)過(guo)電位(wei)(wei)，但在(zai)充電末(mo)期，由于負(fu)極(ji)的(de)平衡電極(ji)電位(wei)(wei)向負(fu)方向增值，離析(xi)氫電位(wei)(wei)很近，甚至達到析(xi)氫過(guo)電位(wei)(wei)，因而析(xi)氫。
長期開路擱置狀態，氧化鉛與硫酸溶液反應如下
電(dian)(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)(dian)時(shi)的狀態，電(dian)(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)(dian)過程一(yi)部分(fen)電(dian)(dian)(dian)流(liu)由于電(dian)(dian)(dian)極反(fan)應，一(yi)部分(fen)用于氧氣(qi)發(fa)生(sheng)，他們是(shi)平(ping)行反(fan)應。正(zheng)極在(zai)充(chong)電(dian)(dian)(dian)初期(qi)氧氣(qi)發(fa)生(sheng)很(hen)慢，這是(shi)因為氧氣(qi)在(zai)正(zheng)極氧化鉛(qian)表面生(sheng)成，而正(zheng)極充(chong)反(fan)應既要(yao)氧化鉛(qian)作為導電(dian)(dian)(dian)物(wu)質(zhi)，又要(yao)其作為反(fan)應物(wu)質(zhi)，硫酸鉛(qian)也是(shi)反(fan)應物(wu)，故(gu)在(zai)氧化鉛(qian)與(yu)硫酸鉛(qian)交界面上反(fan)應。充(chong)電(dian)(dian)(dian)末期(qi)，氧氣(qi)發(fa)生(sheng)由于正(zheng)極活性(xing)物(wu)質(zhi)深處與(yu)外表附(fu)近H+離子濃度(du)嚴重不均勻產生(sheng)濃差電(dian)(dian)(dian)池，加速析(xi)氧過程。
蓄電池熱失控采用貧液(ye)(ye)(ye)式設計的VRLA蓄(xu)電池，為(wei)了使蓄(xu)電池內部無流動的電解液(ye)(ye)(ye)而實施緊(jin)裝配方式，造成散熱的困難，致使充電過程中VRLA蓄(xu)電池產生的熱量多于富液(ye)(ye)(ye)式電池。
當電(dian)(dian)池(chi)處于充電(dian)(dian)狀(zhuang)態，電(dian)(dian)池(chi)溫度發生一(yi)種累積性的增(zeng)(zeng)強(qiang)作用，當增(zeng)(zeng)溫過程的熱(re)(re)量積累到一(yi)定程度，電(dian)(dian)池(chi)端電(dian)(dian)壓(ya)突然出現降低，迫使電(dian)(dian)流驟然增(zeng)(zeng)大而損壞蓄電(dian)(dian)池(chi)現象稱為熱(re)(re)失控。
早(zao)期容量損(sun)失是指VRLA蓄電池(chi)(chi)在(zai)初始運行的數月或1~2年后，其(qi)電性能迅速變差，而引起容量下降(jiang)。造成(cheng)電池(chi)(chi)早(zao)期失效有多(duo)方面復雜(za)綜合(he)因(yin)素，多(duo)發生在(zai)貧液式電池(chi)(chi)，不少學者通(tong)過(guo)實驗調研提出各種論(lun)點，包括電池(chi)(chi)內水的損(sun)耗、無銻效應、正極活性物質與隔板中(zhong)酸脫離等。
那么，蓄(xu)電(dian)(dian)池失效(xiao)過程是(shi)綜(zong)合(he)的(de)、復雜的(de)，如何能夠(gou)可靠地判斷出蓄(xu)電(dian)(dian)池是(shi)否要失效(xiao)，并提前做好電(dian)(dian)池運(yun)維工作呢？
通過電(dian)(dian)池(chi)失(shi)效原(yuan)因分析(xi)，并結合我們前面提到的蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)的內阻(zu)產生的原(yuan)因。當(dang)電(dian)(dian)池(chi)內部水(shui)減少的過程(cheng)中，電(dian)(dian)解(jie)質濃(nong)度上升，加快板柵(zha)腐蝕，并且電(dian)(dian)池(chi)內部的化學反應受到影響(xiang)，電(dian)(dian)池(chi)的歐姆內阻(zu)也會發生變(bian)化。蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)負極酸化的變(bian)化過程(cheng)，會導致電(dian)(dian)池(chi)內參與(yu)化學反應的活性物質減少，蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)歐姆內阻(zu)發生變(bian)化。
蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)正極板(ban)柵(zha)的(de)(de)腐蝕(shi)，不僅會(hui)加大(da)(da)正極板(ban)柵(zha)的(de)(de)電(dian)阻，而(er)且使板(ban)柵(zha)增厚，從而(er)同(tong)涂(tu)膏(gao)失(shi)去了(le)電(dian)接觸，這(zhe)一過(guo)程(cheng)同(tong)樣會(hui)導致蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)結構(gou)變(bian)(bian)化，從而(er)導致蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)內(nei)阻變(bian)(bian)化。同(tong)樣的(de)(de)，電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)熱失(shi)控過(guo)程(cheng)，會(hui)引起(qi)內(nei)部(bu)化學反應的(de)(de)變(bian)(bian)化，同(tong)時偏離比(bi)較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)溫度，對電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)結構(gou)造(zao)成不可(ke)逆的(de)(de)損(sun)傷，這(zhe)些過(guo)程(cheng)都會(hui)引起(qi)內(nei)阻的(de)(de)變(bian)(bian)化。
不難看出，蓄電池從健康到失效的過程中，伴隨著蓄電池內阻的緩慢變化。因此蓄電池內阻在線監測和異(yi)常(chang)變化是非常(chang)重要(yao)的(de)(de)(de)，是判斷電池失效的(de)(de)(de)有(you)效手段(duan)。但同時由于(yu)電池內(nei)阻(zu)(zu)阻(zu)(zu)值量(liang)級很小，在(zai)電池失效過(guo)程中(zhong)，內(nei)阻(zu)(zu)的(de)(de)(de)變化量(liang)也(ye)是非常(chang)小的(de)(de)(de)， 所以(yi)，內(nei)阻(zu)(zu)測量(liang)技術、內(nei)阻(zu)(zu)測量(liang)精度(du)與一致(zhi)性也(ye)是非常(chang)重要(yao)的(de)(de)(de)。
保定鈺鑫電氣科技有限公司專注蓄電池監測類產品的質量和研發，通過與華北電力大學、河北大學等科研院所的合作，專注產品的質量、拓寬產品應用范圍，研發出適合不同領域、不同環境的蓄電池在線監測系統，從而滿足(zu)用(yong)戶的(de)個性化定(ding)制需求。如果貴公司想定(ding)制蓄(xu)電(dian)池(chi)監測接入方案，歡(huan)迎點擊(ji)客服或(huo)電(dian)話咨詢。
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