双登蓄电池培训资料

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2007-2-15

一、蓄电池的工作原理及构成

1. 工作原理

2V 胶体电池、12V 胶体电池、2V AGM 电池、12V AGM 电池及12V 狭长型电池均属于阀控式铅酸密封蓄电池。阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Acid(简称VRLA 电池)，其基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀)，该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值(通常用气压值表示)，即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。AGM 采用吸附式玻璃纤维棉(Absorbed Glass Mat)作隔膜，电解液吸附在极板和隔膜中，贫电液设计，电池内无游离的电解液；胶体（GEL ）采用SiO 2作凝固剂，电解液吸附在极板和SiO 2胶体微孔内。

阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理:阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理就是充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能供给外系统。其充电和放电过程是通过电化学反应完成的，电化学反应式如下：

放电

Pb ﹢PbO 2﹢2H 2SO4

2Pb SO4﹢2H 2O

充电

副反应 正极 H 2O 1/2O 2+2H + +2e

负极 2H + +2e H 2

从上面反应式可看出，充电过程中存在水分解反应，当正极充电到70％时，开始析出氧气，负极充电到90％时开始析出氢气，阀控式铅酸蓄电池能在电池内部对氧气再复合利用，同时抑制氢气的析出。

阀控式铅酸蓄电池采用负极活性物质过量设计，AGM 或GEL 电解液吸附系统，正极在充电后期产生的氧气通过AGM 或GEL 空隙扩散到负极，与负极海绵状铅发生反应变成水，使负极处于去极化状态或充电不足状态，达不到析氢过电位，所以负极不会由于过充电而析出氢气，电池失水量很小，故使用期间不需加酸加水维护。阀控式铅酸蓄电池氧循环反应步骤如下：

第一步：充电后期或过充电情况下，水在正极分解，并析出氧气：

H2O→2H＋＋1/2O2＋2e－

第二步：正极析出的氧气通过胶体的缝隙扩散到负极，并同负极的海绵状铅及硫酸发生反应，重新化和回到系统中：

O2﹢2H2SO4﹢2Pb = 2Pb SO4﹢2H2O

第三步：负极生成的硫酸铅在电池充电过程中生成铅和硫酸，参加充电反应：

PbSO4＋2H＋＋2e－→Pb﹢H2SO4

可以看出，在阀控式铅酸蓄电池中，负极起着双重作用，即在充电末期或过充电时，一方面极板中的海绵状铅与正极产生的O2反应而被氧化成一氧化铅，另一方面是极板中的硫酸铅又要接受外电路传输来的电子进行还原反应，由硫酸铅反应成海绵状铅。

在电池内部，若要使氧的复合反应能够进行，必须使氧气从正极扩散到负极。氧的移动过程越容易，氧循环就越容易建立。

在阀控式蓄电池内部，氧以两种方式传输：一是溶解在电解液中的方式，即通过在液相中的扩散，到达负极表面；二是以气相的形式扩散到负极表面。传统富液式电池中，氧的传输只能依赖于氧在正极区H2S04溶液中溶解，然后依靠在液相中扩散到负极。如果氧呈气相在电极间直接通过开放的通道移动，那么氧的迁移速率就比单靠液相中扩散大得多。充电末期正极析出氧气，在正极附近有轻微的过压，而负极化合了氧，产生一轻微的真空，于是正、负间的压差将推动气相氧经过电极间的气体通道向负极移动。阀控式铅蓄电池的设计提供了这种通道，从而使阀控式电池在浮充所要求的电压范围下工作，而不损失水。

对于氧循环反应效率，AGM电池具有良好的密封反应效率，在贫液状态下氧复合效率可达99％以上；胶体电池氧再复合效率在浮充运行2个月后，气体复合效率高于99%。

为了实现氧的复合（循环），电池在设计制造中，应掌握如下关键技术：

1) 选择高孔隙率AGM隔板，孔隙率在93%以上，为氧的复合提供通道；胶体电池采用独特的胶体配方和较大比表面积的SiO2，在使用一段时间后胶体龟裂形成氧的复合通道；

2) 采取定量灌酸，使玻璃棉隔板在吸收电解液以外，仍有5～10%的孔隙率未被电

解液充满，因此VRLA电池又称为贫液式电池；胶体电池采用独特的胶体配方和

较大比表面积的SiO2，电解液储存于SiO2的微孔中；

3)过量的负极活性物质，正、负极板的容量比一般为1：1.1~1：1.2，这样在正极充足

电以后，负极仍未充足电，防止氢在负极析出，氢气大量析出是无法复合的。

4)电池极群的紧装配，采取极群预压缩技术，装配压在40—60kPa之间，以保证AGM

隔板与正负极板表面的良好接触，因为GFM电池的电解液主要靠AGM隔板提供；

胶体电池采用进口PVC-SiO2隔板和多孔SiO2提供电解液，胶体电池具有更大的热

容空间。

5)负板栅采用高纯度Pb—Ca—Sn—Al无锑板栅合金，因为Pb—Ca合金比Pb—Sb合

金有较高的析氢过电位，降低了板栅腐蚀速度，正板采用特殊多元合金。胶体电池

正板采用先进的骨架压铸技术，提高合金的致密性，浮充使用、循环使用寿命长。

6)开闭阀压力稳定可靠的安全阀，通信用VRLA电池的标准要求开阀压10kpa—

35kpa，闭阀压3kpa—15kpa,开闭阀压力较接近，可减少气体排放和水的损失。

7)采用恒压限流的充电方式，VRLA电池对过充电较为敏感，过充电会加速电流的损

坏，恒压限流充电可防止过充电和热失控。

VRLA电池具有以下主要优点：

★不漏液、无酸雾、不腐蚀设备；

★自放电小，25℃下自放电率小于3%（每月）；

★电池寿命长，25℃下浮充状态使用可达10年；

★结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小；

★电池的高低温性能较好，可在±40℃范围使用；

★没有“记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）；

★比能量较高，大电流放电性能好；

★胶体电池具有更好的环保性、更高的稳定性；

图：VRLA电池与GF电池（左）的比较