铅酸蓄电池鼓包原因及防治措施

2015-11-25常玉华张丽娟

河南科技 2015年18期

关键词：负极板充电电流鼓包

常玉华华平张丽娟

（1.郑州铁路职业技术学院电气工程系，河南郑州 450052；2.河南科技大学车辆与交通工程学院，河南洛阳 471003）

1 铅酸蓄电池的结构与工作原理

1.1 铅酸蓄电池的结构

阀控密封式铅酸蓄电池的基本结构如图1所示。铅酸蓄电池通常由多个单体电池串联而成，单体电池由容器、正负极板、隔离板和电解液等主要部分组成（见图2）［1］。

图1 阀控铅酸蓄电池的基本结构

图2 阀控铅酸蓄电池的内部结构

1.1.1 极板。极板采用栅架式结构，其作用是支撑活性物质和导电。正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），呈棕红色；负极板上的活性物质是海绵状的金属铅（Pb），呈深灰色。极板的活性物质涂抹在铅锑合金栅架上。为了增大蓄电池的容量，正、负极板交错重叠放在电池槽内。

1.1.2 隔板。隔板是夹在正、负极板之间的绝缘板，其作用是防止正、负极板短路。隔板具有多孔性以使电解液通畅无阻，其有槽的一面对着正极板，以保持正极板周围有充足的电解液。隔离板的种类主要有合成树脂纤维隔板、玻璃纤维隔板等。

1.1.3 电解液。铅酸蓄电池的电解液是由专用纯硫酸（H2SO4）和蒸馏水（H2O）配制而成的。其作用是给正负电极之间流动的离子创造一个液体环境，即充当离子流动的介质作用。

1.1.4 壳体（电池槽）。壳体一般用硬橡胶或塑料等耐酸材料制成，壳体上装有安全排气阀，当电池内部压力超过阈值时会自动开启，保证使用安全。

1.1.5 采用密封式阀控滤酸结构，电解液不会泄漏，使酸雾不能逸出，达到安全目的。

1.2 铅酸蓄电池的工作原理

铅酸蓄电池的充、放电过程是靠正、负极板上的活性物质和电解液之间的电化学反应来实现的。充电过程是电池将外电路提供的电能转化为化学能储存起来；放电过程是电池将化学能转变为电能输出。

蓄电池按如下化学公式［2］进行工作，完成电能与化学能的转化。

负极反应：

正极反应：

PbO2+3H+++2e⇌PbSO4+2H2O

总反应：

PbO2+Pb+2H2SO4⇌2PbSO4+2H2O

反应方程式从左向右为放电过程，从右向左为充电过程。从方程中可以看出铅酸电池的充放电反应互为逆反应，这样铅酸电池就成了可重复使用的蓄电池。

当蓄电池进行放电反应时，电池的正、负极通过负载而联结起来，在电解液中，则有正、负离子分别流向负、正电极，构成了离子电流。由于电流的流通，在正负极板上引起一定的化学反应，正负极板上的活性物质PbO2和Pb都要转为硫酸铅，而电解液中的硫酸则要转化生成水，硫酸的浓度不断降低。蓄电池放电反应后，正极和负极做功均生成硫酸铅。

进行充电时，蓄电池正负极板上的化学反应正好和放电时相反，硫酸铅和水转变为硫酸和二氧化铅，硫酸浓度不断升高，从而完成电能与化学能的转化。

2 铅酸蓄电池鼓包原因分析

2.1 温度影响

铅酸蓄电池充电时如果体内温度过高，必然产生大量气体，压力急剧增加，致使电池发生鼓包。产生温度过高的主要原因主要有。

2.1.1 过充电。实践证明，过充电是影响蓄电池寿命的最主要原因。铅酸蓄电池的充电过程本来就是一个放热反应，充电时电池的正极析氧，极板深处生成的氧气从电极表面逸出，增大了壳体内的压力；当出现过充电情况时，电解水反应明显加快，正极析出氧气，负极析出氢气，且氧气量大于阴极的吸收能力，产生大量气体，从而使电池内压增大。如果过长时间的充电，会让氧气和氢气再次复合为水，这个反应又是放热反应，使得蓄电池的温度越来越高，浮充电流和析气量增大，形成恶性循环。同时因水的电解，从而导致正极附近酸度增加，加速了板栅的腐蚀，造成失水、过充。

2.1.2 环境温度。环境温度的变化将会引起参加反应的各参数的变化。如果环境温度过高，电池充电量会加速增加，电池内部温度也随之升高，从而使电池过热，造成电池内阻下降，充电电流进一步增大；电流的增大又进一步使电池内部温度升高，内阻进一步降低，从而形成恶性循环，使电池壳体严重变形、膨胀［3］。

2.1.3 失水。第一，失水使热容减小。在蓄电池中水是最大的热容，失水后蓄电池热容大大减小，产生的热量使蓄电池温度迅速升高。第二，失水使内阻增大，电解液温度升高。失水后蓄电池隔板发生收缩，使之与负极板的附着力变差，内阻增大。同时失水使电解液黏度过大，也使内阻增大［4］，放电中消耗在内阻上的电压降也就大，这将引起电解液温度迅速升高，产生大量的气体，使蓄电池内部的气体压力增大。若此时蓄电池放电过度，引起电解液温度升高得更快，气体产生得也更多，使蓄电池内部气体压力更大，极易导致蓄电池胀裂。第三，失水加速板栅的腐蚀，板栅的腐蚀又使之失水。

2.1.4 充电电流过大或充电时间过长。当蓄电池充电电流过大或充电时间过长时，电解液温度会迅速升高，并产生大量的气体，这些气体将对极板上的活性物质产生冲击，使极板上的活性物质松动脱落，在蓄电池内无法实现气体再结合，从而使蓄电池内部压力增大，使电池出现鼓包变形。

2.1.5 极板发生硫化。极板发生硫化的蓄电池在充电过程中，单格电压及电解液温度将迅速升高，气泡产生较早、反应剧烈，电池内部产生大量气体，引起蓄电池鼓胀。

2.1.6 负载连续启动时间过长。蓄电池要在很短的时间内向负载提供很大的电流，必然引起蓄电池内部剧烈的化学反应，若蓄电池极板伴有轻度的硫化现象时，则必然导致电解液温度骤升，产生大量的气体。当启动连续使用时间过长，则会加剧气体的产生，增大了蓄电池胀裂的可能。

2.2 极化现象

极化现象就是蓄电池在充放电过程中，外电流通过电极时，电极电势偏离平衡值的现象。极化反应使电解液中的水加速电解，产生大量气体，这些气体不仅会增加蓄电池的充电时间，还对电池的极板有严重的腐蚀作用，导致电池失水、过充，势必造成电池鼓胀变形。电解液中水电解过程伴随着大量的热量产生，促使电解液的温度不断升高。高温下的大量气体，必然会引起蓄电池鼓胀［5］。实践证明，充电电流愈大，极化现象愈严重。