铅酸电池硫化修复技术综述.doc

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1、铅酸电池硫化修复技术综述【摘要】本文针对失效铅酸电池的修复技术进行了分析和综述，讨论了铅酸蓄电池的工作原理和失效机理进行分析，并对失效了的铅酸电池参数变化做了阐述，综述了铅酸电池的修复方法和存在的问题，最后在当前研究热点问题的基础之上，对该技术有待研究的问题以及发展趋势进行了展望。【关键词】铅酸蓄电池；失效分析；硫酸铅；脉冲技术近几年来，随着全球各国经济的不断发展，储能电池的应用领域也在逐渐变广，特别是随着微网储能系统及电动汽车的普及，市场对储能电池的需求量越来越大。铅酸蓄电池以其成熟的技术、低廉的价格、能实现大电流放电及高可靠性等优点仍然被广泛应用于诸多领

2、域。而铅酸蓄电池也存在易受到使用或管理不善，导致出现极板硫酸盐化问题，进而发生蓄电池特性降低而提前报废的现象，势必造成能源利用率下降和使用成本的提高⑴。1铅酸电池的工作原理及其失效分析铅酸电池是通过内部的氧化还原反应实现化学能与电能相互转换的装置，对于铅酸电池充、放电后的化学变化最终产物问题，不同学者给出了不同答案。Gisdstone和Tirbe提出了解释铅酸蓄电池成流反应的“双极硫酸盐化理论”，该理论现在己经得到公认并广为应用。双极硫酸盐化理论是对铅酸蓄电池内部电化学反应的分析是对蓄电池进行再生修复的理论基础。铅酸电池放电过程：将外部负载电路接入铅酸电池后

3、，由于正负极板之间的电势差的存在，铅酸电池内部会形成电场，负极板上的电子会在电场的作用下从负极板经由外部电路流向正极板，这样负极板源源不断地为负载提供电子，同时电池内部发生一系列的化学反应，以提供持续的电能。相应的化学反应式为［2］：总反应：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O正极：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O负极：Pb+S042-+2e-=PbS04铅酸电池充电过程：将直流电源接入铅酸电池正负极板上，使放电过程中产生的硫酸铅转化成活性物质铅和二氧化铅，这样就可以通过化学能的形式把电能存储起来。铅酸蓄电池充电过程化

4、学反应方程式如下：总反应：2PbS04+2H20=Pb02+Pb+2H2S04正极：PbS04+2H20+2e-=Pb02+4H+S042-负极：PbS04+2e-=Pb+S042-从铅酸反应方程式可以看出，铅酸蓄电池正极的活性物质是二氧化铅，负极的活性物质是海绵状铅，电解液是硫酸。铅酸电池放电后，正、负极的活性物质都通过化学反应转化为硫酸铅，所以将这一理论称为“双极硫酸盐化理论”［3］。当电池因过量放电或者在长时间充电不饱和的情况下，使得铅酸电池极板上活性物质渐渐地转化成粗大、坚硬的硫酸铅晶体，并附着在极板的表面，阻止了硫酸溶液渗入和电流传输，蓄电池的内阻

5、变大，该现象为铅酸电池极板硫酸盐化。这样就造成蓄电池充放电性能严重恶化，旦应用常规的充电方式不能将硫酸铅晶体转化为二氧化铅和铅，使得电池放电量比正常值小很多，电池的寿命大打折扣。从对电池的测量情况分析，随着铅酸电池的硫化，电池内阻增大，充电较未硫化前电压提前到达充电终止电压，电流越大越明显，硫酸液密度低于正常值，放电容量下降，放电电流越大容量下降越明显。2铅酸电池失效修复策略根据蓄电池内部充放电的原理特性可知，导致铅酸电池失效的主要原因是由于铅酸电池的硫化现象所导致的，所以要想对铅酸电池进行修复，就必须打碎电极周围硫酸盐颗粒。而要解除硫酸盐层的束缚，就要提升

6、原子的能级到一定的程度，这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带，使原子之间解除束缚。具体可以采用如下几种方法：（1）采用大电流充电修复技术，该原理主要是采用负极击穿的方法使硫酸铅晶体溶解。但实验研究表明，该修复技术只能获得短暂的效果，并不能在本质上修复产生硫化的铅酸蓄池，而且在修复过程中还可能出现正极板软化和失水严重等问题，严重时会导致该电池永久性失效［5］。（2）采用负脉冲技术，该技术是对电池的正负极加上电流较大，方向相反，时间极短的脉冲电流，以清除极板周围积聚的大量正、负离子和气泡，提升硫酸液体的通路。（3）采用高频脉冲技术，该方法的主要原理

7、是使巳经生成的硫酸铅晶体转化为细小的硫酸铅晶体，增加了其电化学性。增加了蓄电池内电解液浓度的同时也提高了其储存能量的能力。该方法较之前面几种修复方法效率高。但高频脉冲修复的缺点是修复时间比较长，且对硫化严重的铅酸蓄电池的修复效果不理想。（4）采用谐振脉冲技术，该技术是在电池充电过程中不断发出正负变频率的脉冲，铅酸电池中的硫酸铅颗粒发生•共振，从而使硫酸铅颗粒还原成铅离子和氧化铅。具体原理是：根据任何晶体在分子结构确定以后都有谐振频率，而这个谐振频率与晶体的尺寸有关。晶体的尺寸越大，谐振频率越低。如果充电采用前沿陡峭的脉冲，利用傅立叶级数进行频率分析可以知道脉

8、冲会产生丰富的谐波成分，其低频部分振幅大，高频部分振