1 引言
自1859年法國科學(xué)家普蘭特發(fā)明鉛酸蓄電池以來,至今已有一百多年的歷史。它與其它化學(xué)電源一樣,是一個(gè)電能與化學(xué)能互相轉(zhuǎn)換的裝置。由于它具有電動(dòng)勢(shì)高、充放電可逆性好、使用溫度范圍廣、電化學(xué)原理清楚、生產(chǎn)工藝易于掌握和原材料豐富而價(jià)廉等特點(diǎn),獲得了最廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展,從五十年代起,不斷對(duì)傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池進(jìn)行技術(shù)改造。特別是CGB蓄電池(VRLA)的問世,克服了酸液和酸霧易于外溢的令人頭痛的弊病,使它能與電子設(shè)備放在一起使用,符合用戶要求產(chǎn)品使用方便的歷史發(fā)展潮流,使它的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。
1.1產(chǎn)品市場(chǎng)前景
根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì):1999年全世界鉛酸蓄電池的銷售收入約為198億美元,且每年以5%的速度遞增。
在我國,隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,汽車工業(yè)、通訊、電力、交通鐵路、計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速,這些行業(yè)都處于一個(gè)高成長時(shí)期,對(duì)蓄電池的需求日益增長,大大促進(jìn)了蓄電池行業(yè)的發(fā)展,近十年來我國鉛酸蓄電池的需求更以每年10%的速度快速增長。
根據(jù)中國電池工業(yè)協(xié)會(huì)2000年10月公布的《電池行業(yè)第十個(gè)五年計(jì)劃》提供的數(shù)字:1999年全國鉛酸蓄電池產(chǎn)量達(dá)到2625萬KVAh,年銷售量為 10.5億美元。鉛酸蓄電池在十五規(guī)劃的目標(biāo)是:以2625萬KVAh為基數(shù),年均5%適度增長。2005年產(chǎn)量達(dá)到3500萬KVAh。
統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池逐步取代傳統(tǒng)的開口式鉛酸蓄電池將成為今后鉛酸蓄電池行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。
1.2工作原理
CGB蓄電池的工作原理,基本上沿襲于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池,它的正極活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2),負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀鉛(Pb),電解液是稀硫酸(H2SO4),其電極反應(yīng)方程式如下:
正極:PbO2+H2SO4+2H++2e-←→ PbSO4+2H2O
負(fù)極:Pb+ H2SO4←→ PbSO4+2H++2e-
整個(gè)電池反應(yīng)方程式:
Pb+ PbO2+H2SO4←→ 2PbSO4+2H2O
普通的鉛酸蓄電池在充電過程中,正極析出氧氣,負(fù)極析出氫氣:
正極: H2O→1/2O2+2H++2e-
負(fù)極: 2H++2e-→H2
從上面反應(yīng)式可看出,充電過程中存在水分解反應(yīng),當(dāng)正極充電到70%時(shí),開始析出氧氣,負(fù)極充電到90%時(shí)開始析出氫氣,由于氫、氧氣的析出,如果反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能重新復(fù)合利用,電池就會(huì)失水干涸。
CGB蓄電池在結(jié)構(gòu)、材料上作了重要的改進(jìn),正極板柵采用鉛鈣錫鋁四元合金或低銻多元合金,負(fù)極板柵采用鉛鈣錫鋁四元合金,隔板采用超細(xì)玻璃纖維棉(AGM),并使用緊裝配和貧液設(shè)計(jì),在電池的上蓋中設(shè)置了一個(gè)單向的安全閥。這種電池結(jié)構(gòu),由于采用無銻的鉛鈣錫鋁四元合金,提高了負(fù)極析氫過電位,從而抑制氫氣的析出,同時(shí),采用特制安全閥使電池保持一定的內(nèi)壓,采用超細(xì)玻璃纖維棉(AGM)隔板,利用陰極吸收技術(shù),通過貧液式設(shè)計(jì),在正負(fù)極之間、隔板之中預(yù)留氣體通道。因此在規(guī)定充電電壓下進(jìn)行充電時(shí),正極析出的氧(O2)可通過隔板通道傳送到負(fù)極板表面,還原為水(H2O),其反應(yīng)式如下:
閥控式密封鉛蓄電池特有的內(nèi)部氧循環(huán)反應(yīng)機(jī)理
這是閥控式密封鉛蓄電池特有的內(nèi)部氧循環(huán)反應(yīng)機(jī)理,這種充電過程,電解液中的水幾乎不損失,使電池在使用過程中達(dá)到不需加水的目的。