長光蓄電池：什么是閥控鉛酸蓄電池的熱失控及其對策

 閥控鉛酸蓄電池，負極板上的少量氫析出和正極板柵的腐蝕都導致電解液水損失。電池槽對水蒸氣的滲透可看作為一個失水源，但是對于實際的壁厚和適度的相對濕度，滲透很少。水蒸氣也會隨排出的氫氣從蓄電池中流失，但作用很小。 
    用作備用電源的閥控鉛酸蓄電池面臨溫度嚴峻的大氣環(huán)境，特別是在夏季高溫大氣環(huán)境中，由于浮充電期間的電解液水解。蓄電池易發(fā)生干涸或熱失控，進而損害長光蓄電池性能。
    浮充電期間發(fā)生的蓄電池干涸(dry—up)是充電電解引起電解液水損失并使蓄電池放電容量減少的一種現象。熱失控(thermal runaway)是溫度上升伴隨引起蓄電池不正常熱發(fā)生的充電電流增加，最后導致能使蓄電池損壞的干涸的一種現象。在蓄電池不低于60 ℃的高溫長期使用時，熱失控容易發(fā)生。當蓄電池在不低于70 ℃的高溫使用時，熱失控甚至能在短期使用時發(fā)生。
2  熱失控
    熱失控標準定義[1]在恒電壓充電期間發(fā)生的一種臨界狀態(tài)。此時，蓄電池的電流及溫度發(fā)生一種累積的互相增強的作用，并逐漸增強導致蓄電池的損壞。
    隨溫度上升，充電電流增加，是電解液分解在正極板上產生的氧氣量增加與伴隨密封反應效率的提高在負極板上氧吸收反應速度增加的相輔相成作用結果。伴隨反應熱和充電電流的增加，當焦耳熱發(fā)生速度大于蓄電池的熱耗散速度時，蓄電池溫度上升超過環(huán)境溫度。蓄電池溫度升高進一步引起充電電流增加，這又引起蓄電池溫度升高。這樣，發(fā)生惡性循環(huán)。終于導致熱失控。
3  長光蓄電池使用維護上的對策
    閥控鉛酸蓄電池的干涸會引發(fā)熱失控，干涸與很嚴峻的充電方式是最有關系的，常常與蓄電池的高溫結合在一起。克服這個問題的最好方法是預防在蓄電池工作時出現極端情況，這就是說，例如，避免高倍率充電，特別是避免深放電之后和在蓄電池溫度高時的高倍率充電。在高溫場合，甚至需要采用特殊冷卻系統。一般說，干涸會減少蓄電池容量，最終縮短蓄電池壽命。干涸也會增加密封反應效率，這在UPS應用方面可能是一個嚴重問題，此種情況，過量的密封反應效率能劇烈增加蓄電池溫度。這就引發(fā)熱失控。
    避免干涸和熱失控的最好方法是避免浮充電時蓄電池產生一些熱。務必不要把蓄電池放得太近。蓄電池之間的距離至少應為10～20mm。保持這樣的距離，通常能有效地散熱。
    閥控鉛酸蓄電池對工作溫度很敏感，以致在高溫時使用壽命減少，在極端情況，會發(fā)生熱失控。溫度升高時，浮充電恒電壓產生大電流。這又引起蓄電池溫度升高，如上所述，發(fā)生熱失控。電流能增加到使電池冒氣并開始干涸的程度；當蓄電池干涸時，內阻增加，產生更多的熱，會發(fā)生槽體軟化故障，或在極端情況下導致鉛件熔化。然而。這些現象通過良好的冷卻和通風，采用浮充電壓的溫度補償及限制有效電流，可以避免。
    高的充電電壓有助于減少充電時間和避免硫酸鹽化。盡管這樣，必須注意的是，在這樣條件下，大電流流過蓄電池會引發(fā)熱失控。因此，高的充電電壓只允許在放電后有限的時間使用。在給定的時間之后能自動減少充電電壓的充電器是克服這一問題的合適方法、
    避免熱失控的最好方法是監(jiān)控蓄電池溫度，按測量的溫度自動改變充電電壓或充電電流。為了抑制充電電壓或充電電流，推薦采用測量的蓄電池溫度而不采用室溫。
4  蓄電池制造上的對策
4.1  在玻璃纖維隔板(AGM)閥控鉛酸蓄電池情況下，良好的控制加工時的隔板電解液飽和度是重要的。因為都知道，

飽和度太低給出很高的密封反應效率，導致充電電流增加，引發(fā)熱失控。
4.2  安全閥開閥壓力高，在減少水損失方面是有益的，但也不可避免地會引起其他一些問題。一般來說，100～

2mbar之間的壓力似乎是很好的折衷，以避免過多的水損失。
4.3  為避免熱失控，要減少閥控鉛酸蓄電池的充電電流增加，有過以下幾種方法：
4.3.1  增加在負極鉛膏中添加的木素量，提高過電壓上升效果。
4.3.2  減少負極活物質量對正極活物質量的比率，以減少正極板發(fā)生的氧氣在負極板上被吸收時的發(fā)熱量。
4.3.3  在電解液中添加胺 (amine)類有機物。
4.3.4  在負極活物質中添加表面活性劑
4.4  在負極活物質中添加硫酸處理的木素[2]
    這是一種改進負極板充電特性，難以發(fā)生熱失控的閥控鉛酸蓄電池。方法是將木素放在加熱的硫酸溶液中放置一定時間，把這樣處理的木素添加到負極活物質中。在稀硫酸中的處理溫度可在30～100℃，稀硫酸密度范圍在1.6以下。例如，在加熱到70 ℃的密度1.3的稀硫酸100 mL中，加入木素10g放置60min，之后進行過濾和干燥。和制負極鉛膏時，相對鉛粉質量添加這樣處理的木素(質量分數0.2 ％)(換算為處理前的質量)。由這種負極鉛膏制成的閥控鉛酸蓄電池，以環(huán)境溫度25 ℃時的浮充電電流為1，即使在環(huán)境溫度70 ℃，浮充電電流比未超過10倍。而未經處理的普通閥控鉛酸蓄電池，在40 ℃以下，浮充電電流大幅增加，之后導致熱失控，在環(huán)境溫度70 ℃浮充電電流比約50倍。
    通常，在負極活物質中添加的木素，在長光蓄電池使用過程中會分解，從負極板上溶解出來。但是，在加熱的硫酸溶液中放置一定時間，處理過的木素能抑制木素分解。作用機理尚不明確，但在負極活物質中添加經硫酸處理的木素，能增加過充電過程中的負極過電壓，降低浮充電電流，其結果，難以發(fā)生熱失控。
4.5  負極活物質添加質量平均分子量1萬以下的木素[3]
    這是一種能提高負極板氫過電壓，防止熱失控的方法。
    負極鉛膏添加木素，木素采用質量平均分子量1萬以下的。換句話說，不要添加質量平均分子量超過1萬的木素。這里提到的木素是基本骨架含有苯丙烷(phcnyIpropane)結構的化合物總稱。木素基本骨架為苯丙烷的分子量是120。用半透膜過濾膜，一種超濾紙濾膜，對木素分選，選用分子量范圍120～1萬的木素。在負極鉛膏中，分子量120～1萬的木素相對鉛粉的質量百分數為0.05 ％～1.0 ％，采用質量平均分子量在1萬以下木素的CGB蓄電池，能抑制定電壓充電電流增加，因而能防止熱失控。