常用阀控式铅酸蓄电池的内部结构如图所示。
一、耷电池极板硫化现象及形成原因
1.何为极板硫化
极板硫化(或称极板的硫酸化及不可逆硫酸盐化),是指当蓄电池长期处于放电状态时,在其极板表面再结品一层具有较大颗粒的白色疏酸铅,其颗粒坚硬,难以溶解,充电时很难参加氧化反应。因充放电的电化学反应不能正常进行,导致容降低、内阻增大,大电流放电时端电压下降较多。
错蓄电池在正常使用时,正、负极板上的活性物质(PbO2和Pb)大都分变为小牲品状的硫酸铅。这些松软小粒晶状的硫酸铅均匀地分布在多孔性的活性物质上,在充电时很容易和电解液接触起作用,恢复为原来的物质PbO2和海绵状的Pb。如果对铅蓄电池使用维护不当(经常过放电,或经常充电不足,甚至长期搁置,不予充电恢复等),极板上的活性物质便逐渐形成较粗而坚硬的硫酸错,硫酸铅晶体导电性差、体积大,因而会堵塞极板活性物质的细孔,阻碍电(i7F液的渗透和扩散作用,增加电池的内电阻。而且在充电时,硫酸铅不如松软小晶粒的硫酸铅容易转化为PbO2和海绵状的Pb。倘若历时过久,这些粗而硬的硫酸错就会失去可逆作用,最终使极板的有效物质减少,放电容量降低,使用寿命缩短.并在极板上出现白色的斑点,这种现象叫作不可逆硫酸盐化。
半放电的雷电池.极板表面上有一层硫酸铅,称作一次结晶体。这种半放电的蓄电池在存放过程中,随着环境温度的上升,极板上的硫酸铅就会逐渐溶解到电解液中来,温度越高,溶解度越大。
当温度下降时,硫酸研的溶解度会逐渐达到过饱和状态,并再次结晶为较大的白色颗粒,从电椭液中析出并附着到极板上去,这就是极板硫化的过程。
放电后的蓄电池如果不及时充电,极板在放电中生成的细结晶的硫酸错就会有一部分溶解到电解被中,直到饱和为止,并且温度越高,电解液比重越大,溶解度就脞大。
当温度降低时,硫酸铅又从电解液中析出,沉附于极板上,变成租结晶的硫酸铅。由于这种粗结晶硫酸铅很难溶于电解液,所以当温度再次变化时,则极板上的细结晶硫酸铅也会继续生成这种粗结晶硫酸铅,放宜时间越长、温度反复变化趣多、粗结晶体硫酸铅层也就越厚,碳化也就越严重。从上述硫化形成的过程可以看出,蓄电池放电后极板本身具有梳敌铅,是造成硫化的内因,而温度的变化,则是促成硫化的外因。
此外,电解液的波面如果过低,露出液面的部分极板与空气接触会发生氧化。当汽车行驶中,电h[f[液上下波动,与极板的效化部分接触时,也会形成大颗粒的硫酸铅,使极板上部硫化。
2.极板不可逆硫酸盐化的特征
(1)铅耷电池的放电容盘降低,端电压下降轻快,同时电解液密度低于正常值。用高率放电计试验时,单格端电压急剧下降。
容量明显不足,启动性能下降,启动一两次便运转无力。
(2)充电性能下降。充电时电解液温度上升过快,单格电池电压可达2.8V~2.9V。由于蓄电池硫化后硫酸铅难以分解,所以蓄电池充电时气泡出现较早,甚至一开始充电就发生气泡,电解液密度达不到规定的标准。
(3)电解液密度低于正常值,长期偏低。
充电过程中,蓄电池在初期和终期电压过高,可超过2.7V。
(4)蓄电池内阻增大,充电时,电解液温度上升得快,易超过45℃,较一般蓄电池高。
(5)极板颜色不正常,正极板呈浅褐色(有时还带白色),负极板变为灰白色。有时打开加坡口盖,可以看见极板上有白色的霜状物。
(6)放电时电压下降速度太快(用低放电率时),lh~2h内可降至1.8V,即过早地降至终止电压。正常放电时的电量,比其他蓄电池:1暑p宰低。
(7)极板变硬,极板表硇粗糙,触揽H;I如同有砂粒的感觉。严重的硫酸盐化,在极板上形成的硫酸铅白色结晶体粗大,在一般情况下不能复原成二氧化铅或海绵状铅。
3、产生极板不可逆肮酸盐化的原因
常见蓄电池产生极板不可逆硫酸盐化的主要原因有:
(1)经常使蓄电池过量放电或小电流深放电。过量放电使极板深层生成较多的硫酸铅,凝集附着在活性物质微孔的深处,以致平常充电不易充分作用到板内层使其还原。
(2)蓄电池缺少应有的定期过充电或经常充电不足。其结果是,在活性物质中或多或少残留一部分未能还原的硫酸铅,日积月累,便难以将这种硫酸铅完全转化为活性物质,造成严重硫化。
(3)蓄电池长期处于半放电或放电状态(例如漏电)。由于已经放过电或仍在自行放电,故电解液密度低,那些细小的硫酸铅结晶体就容易溶解于电解液中,而大的疏酸铅晶体不但不容易溶解,反而互相连结而继续增大(在环境温度变化较大的情况下更为明显)。这种不同的变化过程,导致再结晶的产生,从而使极板上不可避免地形成许多大块的硫酸铅。
(4)缺少电解液。液面过低(极板上都躇出液面),在充电时极板上部不能同电解液起作用,长时间得不到恢复,造成极板上部硫化。
(5)有的用户对铅蓄电池使用维护不好,电解液量过少,使极板露出液面,在充电时极板上端的硫酸铅不能与电解液发生电化学作用,极板的有效物质得不到充分恢复。
(6)铅蓄电池电解液比重过高或者温度过高,硫酸铅将深人形成不易恢复。另外,随着温度高低的变化,硫酸铅在电解液中的溶解与结晶两个相反过程交替进行,促使并助长大晶粒硫酸铅的形成;温度过高,硫酸铅将深入形成,不能恢复。
(7)错蓄电池放电后未及时充电(拖延时间超过24小时)等。
(8)电解液不纯杂质超过规定值。铅蓄电池的硫酸电解液不纯,不仅促进了电池自放电的进行,而且也是造成极板不可逆硫酸盐化的主要原因。
这是由于在硫酸电解液中存在着某些“表面活性物质”,而这些“表面活性物质”是作为杂质存在于电解液中的,或者是从隔板、电极活性物质,以及从和电解液相接触的其他材料中浸出来的。如果这些“表面活性物质”吸附在硫酸铅的表面,则将使硫酸铅的溶解速度减慢,也就限制了在充电时铅离子(Pb++)的阴极还原。如果“表面活性物质”吸附在金属铅上,在充电时就提高了铅在海绵状铅表面形成晶核的能量(即提高了铅的析出过电位),于是,使充电不能正常地进行。
值得一提的是,在正极上的吸附,只能引起相当轻微的不可逆硫酸盐化,这是由于正极充电时进行阳极极化,其电位值足以使“表面活性物质”被氧化掉,所以,对正极板不会有很大的影响。故极板硫酸盐化的问题,主要在于负极板。