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酸铅蓄电池修复原理与方法 电池又称化学电源,是能为用电器提供直流电源的装置,化学电源是通过氧化还原的电化学反应,将化学能转化为电能。一次电池是一次性应用的电池,二次电池是可多次反复使用的电池,因此这里的二次实际上是多次的意思。二次电池又称为可充电电池或蓄电池。相对于零电平或某一基准电平幅值为正的脉冲叫正极性脉冲,简称正脉冲,反之,则为负脉冲.正负脉冲按一定占空比出现的称组合脉冲。二十世纪以来,随着人们对负脉冲的认识的不断提高,负脉冲的应用范围不断扩大,在许多领域都得到了广泛的应用,如:能源.医疗.勘探.等。我公司经过多年努力研制出组合脉冲修复机.组合脉冲充电器.对各种废旧蓄电池的修复与维护具有良好的效果.下面以铅酸蓄电池和锂离子电为例.介绍一下组合脉冲修复机和组合脉冲充电器.对蓄电池的维护与修复原理:一. 铅酸蓄电池铅酸蓄电池是蓄电池的一种.以其低廉的价格(镉镍电池的六分之一五分之一), 良好的高倍率放电性能,应用非常广泛,如汽车、摩托车、火车、等常用的起动电瓶;电动车专用的动力电池;轮船专用电池、以及UPS备用电池等。铅酸蓄电池的正极活性物质是过氧化铅,负极活性物质是海棉状铅,电解液是硫酸。此外,还应该有水,容器,极柱,隔膜,可导电的物质。(一) 正极活性物质正极板活性物质的主要成分是二氧化铅。具有较强的氧化性,放电时,与硫酸发生反应生成硫酸铅,并吸收电子,二氧化铅有两种类型晶格,简单地讲就是二种二氧化铅,一种是b02 另一种是b02。两种二氧化铅活性的差别很大,它们在正极板所起的作用也不相同。b02 给出的容量是bO2 的1.53倍。而b02具有较好的机械强度,它的存在,正极板活性物质不宜软化脱落,只有b02 和bO2 的比例达到0.8时,铅蓄电池会表现出良好的性能 。 正极活性物质在放电状态下,与电解质硫酸发生反应生成硫酸铅与水。其反应式如下:b02+3H+HSO4-+2e=bSO4+2H2O充电时,在外线路的作用下转化为bO2与H2SO4放电时,二氧化铅的b4+接受了负极送来的电子形成b+2与溶液中的硫酸根离子结合生成bSO4 。当硫酸铅达到一定量时,变成沉淀物附着在极板上。充电时硫酸铅中的铅离子 的电子被外线路带走转化为 二氧化铅。将水中 氢离子留在溶液中。氧离子与铅离子结合生成二氧化铅进入晶格,形成正极活性物质。(二)负极活性物质在铅酸蓄电池里,为了供负极活性物质充分与电解液发生反应,故将铅制成多孔海棉状,又称为海绵铅,在放电时,铅给出外线路电子形成 Pb+2 与溶液的硫酸根 结合生成硫酸铅,充电时,部分PbSO4首先溶解成Pb2+与SO4。Pb+2接受电子进行阴极还原生成铅进入负极活性物质晶格。 ( 三)硫酸及电解液硫酸是铅酸蓄电池中重要的原材料之一,电池中的电解液,都是用硫酸配制的。市场上浓硫酸一般分为两种:一种是工业用浓硫酸,纯度较低,不适用于铅酸蓄电池;另一种为纯度较高的分析纯,较适合于铅酸蓄电池,硫酸的分子量为98,浓硫酸中硫酸含量为98%是无色透明油状液体,具有很强的吸水性和腐蚀性,与水结合后,可放出大量的热。所以在电解液配制过程中,一定要注意防护,以免出现危险,配制时,千万不要把水加入浓硫酸中,而是将浓硫酸缓慢加入水中。铅酸蓄电池电解液配制过程中,对离子水的要求较高,水中含杂质的多少,直接影响电池的质量。铅蓄电池用水外观是无色透明的,残渣含量应小于0.01%。一般检验水的标准采用电阻率(cm)与电导率来表示,比较简单的方法是:电阻率测量方法是:用数字式万用表将档位拨至10M处,将万用表两只表笔相距1厘米,测出水的电阻阻值在510M即可。(二) 隔板隔板是铅蓄电池主要组成部分之一,其质量对电池影响很大,隔板的主要功能是防止电池中正负极板短路,蓄电池中,对隔板的要求是:采用多孔质隔板,允许电解液自由扩散和离子迁移,要有比较小的电阻,隔板孔径要小。空隙总面积要大,要防止脱落的活性物质 到达对方的极板. 因此, 隔板的孔径要小, 孔数要多。(三) 池修复过程中常用的名词:1:不可逆的硫酸盐化不可逆的硫酸盐化,简称硫酸盐化。铅蓄电池在放电时,正负极板都产生一种化合 即硫酸铅,硫酸铅是一种难溶于水,不导电的物质,在正常情况下,蓄电池在放电后形成的硫酸铅结晶比较小,充电时,在电的作用下,比较容易地溶解并还原成铅。如果使用不当,常常充电不足、失水、过放电等。硫酸铅就会形成粗大坚硬的结晶体,这时就很难用一般的方法将其还原成铅,所以被称之为不可逆的硫酸盐化,由于硫酸铅生成。一方面,它可以阻挡硫酸与其他活性物质接触并发生应:另一方面,该活性物质数量减少,它可引起蓄电池容易下降,严重时会造成蓄电池寿命终止。 2:活性物质的脱落在我们修复废旧电池时,有些电池加入水后成加水修复后,从注水孔内流出一些红褐色液体。即为活性物质脱落,活性物质脱落原因有以下几种解释:1电池受外力的影响,如振动,摔打等。2PbO2。PbO2变体模型。PbO2是活性物质骨架,当电池在充放电时,一部分PbO2转化为PbO2从而导致软化脱落。3随着循环进行,无定性态逐渐晶形化,即结晶度冲加,水化聚合物链数目减少,凝胶压电阻增加,晶粒间电接触恶化,该活性物质脱落。4还有人们认为,随着充电和放电的不断进行,活性物质形成若干密集的团块,当团块间缺乏足够的连接时,活性物质就会脱落,电池失效。3电池的电压电池正负两极的电势差称蓄电池的电压,一般用万用表来测量。在电池修复过程中,其电压有三种表现形式:第一种叫空载电压,又称为开路电压,就是电池即不充电又无负载的情况下测量仪电池电压:第二种叫负载电压,就是电池放电过程中某个时段所测量的电池电压。第三种叫在线电压,就是电池在充电过程中某一时刻所测量的电压,了解三种电压测量方法,对判断电池是否断路或短路;电池内阻计算具有重要的意义。4蓄电池的容量蓄电池的容量是衡量蓄电池性能的一项重要指标。一般用安时来表示。放电时间(小时)与放电电流(安培)总称,即容量=放电时间*放电电流。电池的实际容量,取决于电池中活性物质的多少和活性物质的利用率。活性物质是量越多,活性物质利用率就越高,电池的容量也就越大。反之容量越小,影响电池的容量的因素很多,常见的有以下几种:(1) 放电率对电池容量的影响 铅蓄电池容量随放电倍率的增大而降低,也就是说放电电流越大,计算出电池的容量就越小。比如一只10Ah的电池,用5安放电可以放2小时,即5*2=10 那么用10安放电只能放出47.4分钟的电,合0.79小时。其容量仅为10*0.79=7.9安时。所以对于给定电池在不同时率下放电,将有不同的容量。我们在谈到容量时必须指时放电的时率或倍率。简单的讲就是用多大的电流放电。(2) 温度对电池容量的影响 温度对铅酸蓄电池的容量影响较大,一般随温度降底,容量的下降,容量与温度的关系如: Ct1= Ct2/1+k(t1-t2 )。t1t2分别是电解液的温度,k为容量的温度系数,Ct1温度为t1时容量(Ah),Ct2是温度为t2时的容量(Ah)在蓄电池生产标准中,一般要规定一个温度为额定标准温度,如规定t1为实际温度,t2为标准温度,(一般为25摄氏度) 负极板受低湿的影响要比正极板敏感.当电解液温度降低时,电解液粘度增大,离子受到较大的阻力,扩散能力下降,电解液电阻也增大,使电化学反映增加,一部分硫酸铅不能正常转化.充电接受能力下降,结果导致蓄电池容量下降.(3)终止电压对电池容量的影响当电池放电至某一个电压值以后,产生电压急剧下降,实际上所获得的能量非常小,如果长期深放电,对电池的损害相当大.所以必须在某一电压值终止放电,该截止放电电压叫放电终止电压.设定放电终止电下,对延长蓄电池使用寿命意义重大.一般我们所维修的电动车电池,电摩电池的放电终止电压为每格1.75伏,也就是说一节12伏电池为6格,其放电终止电压是6*1.75=10.5伏。(4) 极板的几何尺寸对电池容量的影响 在活性物质的量一定时,与电解液直接接触极板的几何面积增加,电池容量的增加,所以极板的几何尺寸,对电池容量的影响不可忽视。极板厚度对容量的影响活性物质的量一定,电池容量随极板厚度的增加而减少,极板越厚,硫酸与活性物质接触面就越小,活性物质的利用率越低,电池容量越小。极板高度对容量的影响在电池中,极板的上下两部分的活性物质利用率存在着较大的差异,实验证实,放电初期,极板上部比下部的电流密度大约高出2倍2.5倍,这种差别随着放电时的推移逐渐减少,但上部要比下部的电流密度大。极板面积对容量的影响活性物质的量一定,极板几何面积越大,活性物质的利用率也越高,电池的容量越大。在电池壳体相同,活性物质量不变情况下,采用薄极板增加极板片数,也就是增加了极板的有效反应面积 ,从而提高了活性物质的利用率,增加了电池的容量。(5) 铅蓄电池的内阻 蓄电池的内阻是由蓄电池内部物质形成的电阻,蓄电池的内阻只有在充放电时才能形成。它不是常数,而是在充放电过程中随时间的变化而变化的。我们平时所讲的内阻是某一时刻的总内阻。它不仅包含了蓄电池的内阻,而且还包含有极化的全电阻值。就单电池而言,电池的内阻很小,主要是由电解液,隔板和极板本身的电阻构成。如果是电池组,单体电池之间的连接导线、极柱等都是构成电阻的重要部分。计算电池内阻可用以下方法:设空载电压为V1,负载电压为V2,则电池的内阻为R=V1-V2/I。I是放电电流。必须注意的是第一:测量的全过程必须在10-4秒内完成,否则 测内阻应该包括极化时的全部电阻值,它是可以变化的。(6)铅蓄电池的短路与断路 在废旧电池修复过程中,短路与断路是判断电池能否维修的关链。当蓄电池一组内部发生短路或断路,则蓄电池没有维修价值。蓄电池短路有外部和内部之分,外部短路则是用导线将正负两极连接起来,通常用这一“土”方法来判断电池的好坏。内部短路是指在电池内部正极板是靠隔膜(隔板)把它们相互隔离的,一但隔膜受损,如隔膜老化,隔膜腐蚀等均可造成短路。蓄电池的断路是指:整个电池回路中断,要与断格区分开来,断格是极板部分脱离。断路是电池无电压电流,断路一般是由于电池桩头与极板完全脱离,或硫酸铅严重包围极板供电流不能正常通过。一般不多见,最常见的是短路,最常见的判断电池短路的方法有三种:第一种是用电压表测量蓄电池电压,如小于11.5伏,则该电池可能短路;第二种是给蓄电池加水后,再测量其电压,因为有些电池由于严重缺水,加水前,电压可超过12伏。但加水后,由于隔膜软化,极板吸水后膨胀,隔膜功能显现出来;第三种是充电时,尤其是修复后电池电压始终过不到15伏,也可判断为短路,但要与硫酸浓度降低加以区分。后者在放电时,电压下降慢,加入浓硫酸后,电压或容量可以恢复。(7)蓄电池的自放电自放电指的是电池在不使用或在贮存间,出现容量下降的现象。也就是说的电池在无任何负载时,由于自放电使容量损失。一般电池的自放电主要出现在负极,因为负极活性物质中多为比较活泼的金属粉末,冲在溶液中比氢的电势负,容易发生置换氢气的反应。如果在极板上存在比电势低的金属杂质。这些杂质在极板活性物质中形成了微小的腐蚀电池,引起负极金属自容,并伴有氢气板出,从而使容量减少。自放电的严重程度将直接影响电池质量。一般用自放电率来表示其公式为:自放电率=Ca-Cb/CaT*100其中,Ca为电池初始容量,Cb为放置后电池容量,T为放置时间。值得说明的是,当自放电率为负值时,说明贮存时间不长,电池处于容量增长期。六:铅蓄电池的工作原理铅蓄电池在充电和放电是产生如下反应:PbO2+pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O在充电时,在电能的作用下,转
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