近幾年來，隨著經濟(ji)的(de)持續快速發展，電(dian)力(li)、通訊、計算機等基(ji)礎產業發展十(shi)分迅速，這些(xie)行業正處于一個高成(cheng)長時期，對蓄電(dian)池的(de)需求日益增長。想知(zhi)道(dao)為什么蓄電(dian)池會出現失效現象(xiang)，請聽鈺鑫電(dian)氣小(xiao)編淺談(tan)蓄電(dian)池失效的(de)化學原理(li)！
蓄電池失效模式有早期容量損(sun)失、溫度對充(chong)電(dian)的(de)敏感(gan)、負極(ji)板(ban)硫酸化、正極(ji)板(ban)柵和極(ji)耳的(de)腐蝕、水損(sun)耗、隔膜的(de)損(sun)壞和自放(fang)電(dian)率的(de)控制(zhi)等(deng)。無論哪(na)一種失效模(mo)式，都關聯(lian)著供(gong)電(dian)可靠性和電(dian)池的(de)使用壽命。
蓄(xu)電池(chi)劣(lie)化過(guo)程，內部不斷地發生化學(xue)反應，這個(ge)過(guo)程中也(ye)伴隨(sui)著(zhu)內阻的(de)不斷變(bian)化。蓄(xu)電池(chi)化成、充電以及擱置(zhi)過(guo)程都有氣(qi)體發生，氫氣(qi)與氧氣(qi)的(de)析(xi)出對電池(chi)性能有很大影響，起破壞作用。
鉛酸蓄電(dian)池的(de)壽(shou)命取(qu)決于正極(ji)板壽(shou)命，只要(yao)正極(ji)板壽(shou)命到(dao)期(qi)，就意味著蓄電(dian)池壽(shou)命徹底終止(zhi)。當電(dian)池正板柵(zha)腐蝕量(liang)達到(dao)35%時，如果電(dian)池容量(liang)低于額(e)定容量(liang)的(de)80%，便宣告電(dian)池壽(shou)命終止(zhi)。普通鉛酸蓄電(dian)池壽(shou)命與(yu)正極(ji)板柵(zha)腐蝕程度(du)及正極(ji)板柵(zha)厚度(du)有關。
所(suo)謂正極板(ban)柵腐(fu)(fu)蝕(shi)是指正極在工作(zuo)條件下，受(shou)鉛本身(shen)熱力學(xue)不(bu)穩定(ding)性(xing)的影響，發(fa)生陽極溶(rong)解，而使板(ban)柵轉化為多種(zhong)化合物的現象(xiang)。正極板(ban)柵腐(fu)(fu)蝕(shi)后，其(qi)導電性(xing)能變差(cha)，內阻增大(da)，導致輸出容(rong)量(liang)減(jian)少。
正(zheng)極板柵(zha)鉛基與活性(xing)物之間存在(zai)電(dian)(dian)位(wei)差，并組成(cheng)原電(dian)(dian)池(chi)腐(fu)蝕體。由于電(dian)(dian)極電(dian)(dian)位(wei)高于，導(dao)電(dian)(dian)粒子(zi)電(dian)(dian)子(zi)不斷(duan)地(di)自微電(dian)(dian)池(chi)負極向正(zheng)極遷移，使鉛基腐(fu)蝕為氧(yang)化鉛。
負(fu)(fu)極(ji)(ji)板(ban)硫(liu)(liu)酸化(hua)：負(fu)(fu)極(ji)(ji)板(ban)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)產(chan)物(wu)硫(liu)(liu)酸鉛呈(cheng)較小顆(ke)(ke)粒，充電(dian)(dian)(dian)(dian)時很容易恢復為絨狀鉛，但(dan)是某些電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)產(chan)物(wu)為難溶性大顆(ke)(ke)粒硫(liu)(liu)酸鉛，并在(zai)充電(dian)(dian)(dian)(dian)時不能(neng)還(huan)原(yuan)(yuan)為絨狀鉛，這種負(fu)(fu)極(ji)(ji)板(ban)成為被硫(liu)(liu)酸鹽化(hua)，負(fu)(fu)極(ji)(ji)板(ban)容易出現(xian)硫(liu)(liu)酸鹽化(hua)原(yuan)(yuan)因包括，長期(qi)供電(dian)(dian)(dian)(dian)不足，高(gao)(gao)溫下長期(qi)深(shen)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)，長期(qi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)擱(ge)置，高(gao)(gao)型極(ji)(ji)板(ban)中電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液濃度分(fen)層和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)失水等。
負(fu)極板鈍化：低溫和(he)大(da)電流(liu)密(mi)度(du)下放電時，負(fu)極很容(rong)易發生鈍化。負(fu)極板鈍化原因是負(fu)極活(huo)性(xing)物(wu)質轉變為硫酸鉛(qian)的(de)(de)(de)晶核(he)形成速(su)率(lv)跟不(bu)上以(yi)極大(da)速(su)率(lv)進(jin)入電解液(ye)的(de)(de)(de)鉛(qian)離子的(de)(de)(de)速(su)率(lv)，因此滯(zhi)留在(zai)(zai)電極表面的(de)(de)(de)鉛(qian)離子呈(cheng)現很大(da)的(de)(de)(de)飽和(he)度(du)，與(yu)在(zai)(zai)常溫采用正常放電電流(liu)的(de)(de)(de)條件相比，形成了(le)數量多尺寸小許多的(de)(de)(de)硫酸鉛(qian)晶核(he)，這種硫酸鉛(qian)便在(zai)(zai)電極表面構成空(kong)隙小的(de)(de)(de)致密(mi)層(ceng)。
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(chan)物(wu)從(cong)正板(ban)柵(zha)進(jin)入電(dian)(dian)解(jie)液(ye)，進(jin)而發(fa)(fa)生(sheng)水(shui)解(jie)生(sheng)成或(huo)(huo)離子，導致金屬銻發(fa)(fa)生(sheng)偏(pian)析(xi)，這些物(wu)質(zhi)擴(kuo)散或(huo)(huo)電(dian)(dian)遷(qian)移達到蓄電(dian)(dian)池(chi)負(fu)極周圍，，由于電(dian)(dian)勢高可以(yi)與(yu)鉛(qian)電(dian)(dian)極組成微電(dian)(dian)池(chi)，之(zhi)后分別被還原成和等物(wu)質(zhi)，并(bing)沉(chen)積在(zai)負(fu)極表面，減(jian)少負(fu)極活性物(wu)質(zhi)表面積。
VRLA蓄(xu)電池每1Ah（10小時率）理論容量需要(yao)硫酸(suan)量為3.66g，實際上設(she)計用量約為5.48g，由于電解液總(zong)量一(yi)定，電池一(yi)旦(dan)失(shi)水過多，必將造成電池輸(shu)出(chu)容量的減少。
導致電池水(shui)損(sun)耗(hao)的因素有：正極(ji)板柵腐蝕(shi)、電極(ji)自放電、浮(fu)充(chong)過程水(shui)分解、密封不嚴、充(chong)電機紋(wen)波系數過大等。
氧(yang)氣(qi)(qi)析出：正(zheng)極有氧(yang)氣(qi)(qi)析出
在鉛酸蓄電(dian)池整個壽命周(zhou)期均有氧(yang)氣(qi)發生(sheng)，主要是因(yin)為正極(ji)活性(xing)物(wu)質氧(yang)化鉛與硫酸溶液直(zhi)接(jie)作用與濃差電(dian)池的作用。
負極有氫氣析出
硫酸鉛還原為鉛，氫(qing)離子還原為氫(qing)氣兩個反應(ying)同時進行，但由于(yu)兩個反應(ying)速度不同，經相關資料與(yu)數據顯示，鉛電極要析出而要離開(kai)平衡電極電位(wei)0.9V才有可能(neng)。
充滿(man)電(dian)的鉛(qian)酸(suan)(suan)蓄電(dian)池(chi)在儲存期(qi)的鉛(qian)酸(suan)(suan)蓄電(dian)池(chi)負(fu)極(ji)析(xi)氫過(guo)電(dian)位(wei)遠遠大于(yu)析(xi)鉛(qian)過(guo)電(dian)位(wei)，但在充電(dian)末期(qi)，由(you)于(yu)負(fu)極(ji)的平衡(heng)電(dian)極(ji)電(dian)位(wei)向負(fu)方向增(zeng)值，離析(xi)氫電(dian)位(wei)很近，甚至達到析(xi)氫過(guo)電(dian)位(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)池(chi)(chi)充(chong)電(dian)時的狀態(tai)，電(dian)池(chi)(chi)充(chong)電(dian)過程一(yi)部(bu)分(fen)電(dian)流由于(yu)電(dian)極(ji)反(fan)應(ying)，一(yi)部(bu)分(fen)用于(yu)氧(yang)氣(qi)發(fa)生，他們是(shi)平行反(fan)應(ying)。正極(ji)在充(chong)電(dian)初(chu)期氧(yang)氣(qi)發(fa)生很慢，這是(shi)因(yin)為氧(yang)氣(qi)在正極(ji)氧(yang)化鉛(qian)表(biao)面(mian)生成，而正極(ji)充(chong)反(fan)應(ying)既(ji)要氧(yang)化鉛(qian)作(zuo)為導(dao)電(dian)物質(zhi)，又(you)要其作(zuo)為反(fan)應(ying)物質(zhi)，硫(liu)酸鉛(qian)也是(shi)反(fan)應(ying)物，故(gu)在氧(yang)化鉛(qian)與(yu)硫(liu)酸鉛(qian)交(jiao)界面(mian)上反(fan)應(ying)。充(chong)電(dian)末期，氧(yang)氣(qi)發(fa)生由于(yu)正極(ji)活性物質(zhi)深(shen)處與(yu)外表(biao)附(fu)近H+離子濃度嚴重不(bu)均勻產生濃差電(dian)池(chi)(chi)，加速析氧(yang)過程。
蓄電池熱失控采用貧液(ye)式(shi)(shi)設計的VRLA蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)，為(wei)了使蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)內部無流動的電(dian)(dian)解液(ye)而(er)實施緊裝配(pei)方式(shi)(shi)，造(zao)成散(san)熱(re)的困難，致使充(chong)電(dian)(dian)過程中(zhong)VRLA蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)產生的熱(re)量多(duo)于富液(ye)式(shi)(shi)電(dian)(dian)池(chi)。
當電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)處于充電(dian)(dian)狀態，電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)溫度發生一種累積性的增強作用，當增溫過程(cheng)的熱量積累到一定程(cheng)度，電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)端電(dian)(dian)壓突(tu)然(ran)出現降低(di)，迫使電(dian)(dian)流驟然(ran)增大而損壞蓄電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)現象(xiang)稱(cheng)為熱失控。
早期容量損(sun)(sun)失是(shi)指VRLA蓄(xu)電(dian)池(chi)(chi)在(zai)初始運(yun)行(xing)的數月或1~2年后，其電(dian)性(xing)能(neng)迅速變差，而引起容量下降。造成(cheng)電(dian)池(chi)(chi)早期失效有多方面復雜綜(zong)合(he)因素，多發(fa)生在(zai)貧液式電(dian)池(chi)(chi)，不少學者(zhe)通(tong)過實驗調研提(ti)出(chu)各種論點，包括電(dian)池(chi)(chi)內水的損(sun)(sun)耗、無銻效應、正極活性(xing)物質與(yu)隔板中(zhong)酸(suan)脫(tuo)離等。
那么(me)，蓄電池(chi)失效(xiao)過程是綜合的(de)、復雜(za)的(de)，如(ru)何能夠可靠地判斷出蓄電池(chi)是否要失效(xiao)，并提(ti)前(qian)做好電池(chi)運(yun)維工作呢(ni)？
通過電池(chi)失(shi)效原因分析，并(bing)結(jie)合我(wo)們前面提到的(de)(de)蓄電池(chi)的(de)(de)內(nei)阻(zu)產生(sheng)的(de)(de)原因。當電池(chi)內(nei)部水減少(shao)的(de)(de)過程中，電解(jie)質(zhi)濃度上升，加快板(ban)柵腐蝕，并(bing)且電池(chi)內(nei)部的(de)(de)化(hua)(hua)學反(fan)應受(shou)到影(ying)響，電池(chi)的(de)(de)歐(ou)姆(mu)內(nei)阻(zu)也(ye)會(hui)發生(sheng)變化(hua)(hua)。蓄電池(chi)負(fu)極酸化(hua)(hua)的(de)(de)變化(hua)(hua)過程，會(hui)導致電池(chi)內(nei)參與化(hua)(hua)學反(fan)應的(de)(de)活性物(wu)質(zhi)減少(shao)，蓄電池(chi)歐(ou)姆(mu)內(nei)阻(zu)發生(sheng)變化(hua)(hua)。
蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)池(chi)正極(ji)板(ban)柵(zha)的(de)(de)腐蝕，不(bu)僅(jin)會(hui)加大(da)正極(ji)板(ban)柵(zha)的(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)，而(er)(er)且使板(ban)柵(zha)增厚，從而(er)(er)同涂(tu)膏失(shi)去了電(dian)(dian)接觸，這一(yi)過(guo)程同樣會(hui)導(dao)致(zhi)蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)部(bu)結(jie)構變化，從而(er)(er)導(dao)致(zhi)蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)阻(zu)變化。同樣的(de)(de)，電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)部(bu)熱失(shi)控過(guo)程，會(hui)引起(qi)內(nei)(nei)部(bu)化學反應的(de)(de)變化，同時偏離比較(jiao)大(da)的(de)(de)溫度，對(dui)電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)部(bu)結(jie)構造成不(bu)可逆的(de)(de)損傷，這些(xie)過(guo)程都會(hui)引起(qi)內(nei)(nei)阻(zu)的(de)(de)變化。
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(he)異常(chang)變化是(shi)(shi)非常(chang)重要的(de)，是(shi)(shi)判(pan)斷電(dian)池失(shi)效的(de)有效手段。但同時由于電(dian)池內(nei)阻阻值量(liang)級很小，在電(dian)池失(shi)效過(guo)程中，內(nei)阻的(de)變化量(liang)也是(shi)(shi)非常(chang)小的(de)， 所以，內(nei)阻測(ce)量(liang)技術、內(nei)阻測(ce)量(liang)精度與(yu)一致性也是(shi)(shi)非常(chang)重要的(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(man)足用(yong)戶的個性(xing)化定制(zhi)(zhi)需求(qiu)。如果貴公司(si)想(xiang)定制(zhi)(zhi)蓄電池監測接入方案，歡迎點擊客服或電話咨詢。
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