如何改进VRLA蓄电池

1概述

铅酸蓄电池研究和发展的主要目的：

——取得最大的放电容量和深放电的运用；

——经历多次充、放电循环后，尽可能能维持最大容量。

铅酸蓄电池的放电反应表述如下：

正极：PbO2＋3H＋＋HSO4－＋2e→PbSO4＋2H2O（1）

负极：Pb＋HSO4－→PbSO4＋H＋＋2e（2）

在最大放电容量中面临的技术挑战就是如何推进所有的反应物快速地到达反应区域,为了达到此目标,三个主要单元必须提供：

——固体反应物的表面积；

——在溶液中高的流速（短的扩散距离）；

——低电阻以维持相应的电子流。

每次放电后，最理想的状态包括：固体的高表面积和与板栅之间的低电阻通过式⑴和式⑵的逆反应它们就能充电、贮存。在理想状态下电池循环时，其容量保持不变。

实际上，从寿命的开始，固体活性物质的利用率只有30％左右（现在可达40％），随着过程的进行，循环次数的增加，将降低其性能，几种严重的失效机制影响着一种或多种活性物质的供应和状态。诸如：

（1）正极活性物质的膨胀在极板的垂直和平行方向,由于板栅腐蚀延长而导致极板膨胀,这种渐渐的膨胀将影响板栅和活性物质之间的连接以及导电性。

（2）失水过充电时产生O2和H2将减少电解液

的体积，使活性物质和电解液失去接触，这个过程将越来越快;对氢过电位有影响的杂质也能影响气体产生的趋势。

（3）电解液分层进行深放电使用后的充电过程

中硫酸产生于极板之间，在电池底部具有汇集较高浓度的硫酸的趋势。因为它比稀酸具有更高的比重，在不同高度的分布将由于扩散作用或者过充电产生大量气体而消除。

（4）不完全充电不管是由于不好的充电制度，

还是由于防止极化所产生物理变化的结果，后来的放电将减少。

（5）腐蚀腐蚀层将导致电阻的上升，高的电阻

将导致电流减少。

传统的富液式动力电池能防止几种基本的故障是基于以下原因：

（1）正板栅的Sb能防止蠕变，管式极板能阻止正极活性物质的膨胀和脱落。

（2）水的损失将增多，但可以通过补充而抵消。

（3）分层将由于气体的移动而消失，同时负极的

不完全充电将得到恢复。

（4）板栅腐蚀成为电池寿命终止的因素。

富液电池能够进行1000次深放电循环，VRLA蓄电池是否也能取得相同的循环寿命？

2VRLA蓄电池

VRLA蓄电池被设计成有利于O2在负极的化合,从而减少水的损失。

在正极形成O2：2H2O→4H＋＋O2↑＋4e（3）

通过气体通道传输到负极，被还原

2Pb＋O2＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O＋热（4）

现在,有两种可供选择的设计方案用来提供气体通道;一是保持电解液在AGM隔板中，二是将电解液固定为胶体。今天，有一些生产厂将两种方法结合起来，效果还不错。

在负极，氧的还原，使负极的电极电位去极化，比起富液电池来，氢气产生的量相当低，既然极板同时处于充电状态，PbSO4立即转变为Pb，重新恢复电池的化学平衡。

2PbSO4＋2H＋＋2e→Pb＋H2SO4（5）

净的化学反应为零,但在充电过程中充入电池的电能则转变成热能而不是化学能。

Sb不再存在于VRLA电池的板栅合金中，Sb能降低氢的过电位而有利于H2在负极产生。对于这类元素，在引入时要特别小心，如果电池在初期处于过饱和状态，氧循环就不起作用，电池的行为就像富液电池，直达充电的顶峰，正极产生O2和负极产生H2，将通过阀而释放，水的损失将开辟气体通道，允许O2的传输，使电池释放的气体降低到很低水平。

为了防止电池大量损失气体，氧循环就必须进行，然而，如果氧循环太激烈，将产生大量的热，负极就很难极化，负极板底部将逐渐硫酸盐化，这时，酸的浓度就最高。

氧循环与隔板材料的孔结构和采用的充电制度，特别后期充电具有潜在的关系。

所以，从富有液电池变为VRLA蓄电池，则有几种可能失效的机理发生：

（1）用Pb—Ca代替Pb—Sb合金，减少了氢的损失，抗蠕变力的降低使在极板水平方向的膨胀将越严重，保持隔板的压力使膨胀只存在于极板的水平方向。

（2）水的损失将减少

（3）分层现象将不可避免地产生，多余的水损失后不能弥补。

（4）氧循环的存在导致负极不完全充电。

由于这些失效机理，使VRLA电池进行几十次深循环实验就失效，我们把它描述成早期定量损失（电池性能的短寿命）。

板栅合金加入对氢过电位无什么影响的1％～1.5％Sn到Pb—Ca合金中，板栅抗蠕变的能力将恢复。对正板栅的深入研究表明：这种水平Sn的加入将会带来额外的效益，增强板栅的抗腐能力和降低腐蚀层的电阻，正板栅中加入1％～1.5％的Sn不再承受板栅平面的