蓄电池的活化

2024-10-09

蓄电池的活化（共5篇）

蓄电池的活化篇1

海油平台上的很多设备都配置了蓄电池, 如透平发电机, 应急发电机、中控系统、吊车、消防系统等, 以便失电后备用, 另外还必须配备主UPS系统, 保证平台完全失电后应急使用。因此作为平台电气的管理人员, 必须加强对蓄电池的保养, 而活化则是其中最有效的一种方式。平台主要有两种蓄电池, 一种为普通的免维护阀控式铅酸蓄电池, 另一种则是镍镉蓄电池, 而后者在平台应用较多。

一、结构及工作原理

镍镉蓄电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物, 负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉, 电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时, 使用密度为1.17~1.19 (15℃时) 的氢氧化钠溶液。当环境温度较低时, 使用密度为1.19~1.21 (15℃时) 的氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和荷电保持能力, 密封镍镉蓄电池采用密度为1.40 (15℃时) 的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命, 通常在电解液中加入少量的氢氧化锂 (大约每升电解液加15~20g) 。

镍镉蓄电池充电后, 正极板上的活性物质变为氢氧化镍[Ni OOH], 负极板上的活性物质变为金属镉;镍镉电池放电后, 正极板上的活性物质变为氢氧化亚镍, 负极板上的活性物质变为氢氧化镉。

二、镍镉蓄电池的重要参数

蓄电池的五个主要参数为:电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。电池的容量通常用Ah (安时) 表示, 1Ah就是能在1A的电流下放电1h。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量, 而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定, 因此, 通常电池体积越大, 容量越高。与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示, C为蓄电池的额定容量。

电池出厂时正负极间的电势差称为标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态变化时, 单元电池的输出电压略有变化, 此外, 电池的输出电压与电池的剩余电量有一定关系。单元镍镉电池的标称电压约1.2V。

电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中, 极板的电阻是不变的, 但是, 离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。

蓄电池充足电时, 极板上的活性物质已达到饱和状态, 再继续充电, 蓄电池的电压也不会上升, 此时的电压称为充电终止电压。镍镉电池的充电终止电压为1.75~1.8V, 放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电, 电池两端电压会迅速下降, 形成深度放电, 这样, 极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复, 从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。镍镉电池的放电终止电压和放电速率的关系如表1所列。

三、影响蓄电池使用寿命的主要因素

1. 环境温度

过高的环境温度是导致蓄电池使用寿命缩短的首要原因。其一, 环境温度升高时, 蓄电池所允许浮充电压的阀值将逐渐下降, 若采用固定浮充电压的设计方案, 温度升高时, 势必将蓄电池置于过压充电工作状态, 因而, 宜采用浮充电压随环境温度变化的最佳浮充电规律。其二, 当环境温度升高时, 蓄电池组本身固有的存储寿命会逐渐缩短, 因此, 即使采用温度补偿的充电浮充电规律, 仍然需要对蓄电池的环境温度进行充分考虑。当环境温度偏低时, 尽管不会对蓄电池的使用寿命造成不利影响, 但它却使蓄电池所能提供的有效容量下降。

2. 深度放电

蓄电池被深度放电是造成蓄电池使用寿命缩短的另一个重要原因。这种情况发生在交流停电后, 蓄电池组为负载供电期间。现有的操作电源都监视蓄电池组的端电压, 当端电压低于某一设定值时, 断开蓄电池总开关, 停止蓄电池对负载放电。但事实上, 蓄电池所允许的放电末期电压与实际放电电流有关, 在大电流放电时, 其末期电压比小电流放电时要低许多。因此, 固定放电末期电压的设计方法, 使小电流放电时, 易出现深度放电现象, 应采用末期电压随放电电流变化的设计方案。

3. 浮充电状态

目前, 蓄电池大多数处于长期浮充电状态下, 只充电不放电。这是一种极不合理的工作状态。大量运行统计资料表明, 这样会造成蓄电池的阳极极板钝化, 使蓄电池内阻急剧增大, 使蓄电池的实际容量大大低于其标称容量, 从而导致蓄电池所可能提供的实际后备供电时间大大缩短。在这种情况下, 出现合闸合不上或停电, 蓄电池为负载供电极短时间, 即因电压过低, 总开关自动断开, 失去其实际功能。因此, 宜采用先恒流充电到一定电压值后转恒压均充电, 当充电电流小于某一数值后, 再自动进入恒压浮充电状态, 然后每隔一段时间进行一次活化放电的蓄电池管理设计方案。与传统的连续浮充充电方式相比, 可延长蓄电池使用寿命50%以上。

4. 记忆效应

镍镉电池使用过程中, 如果电量没有全部放完就开始充电, 下次再放电时, 就不能放出全部电量。比如, 镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电, 充足电后, 该电池也只能放出80%的电量, 这种现象称为记忆效应。电池全部放完电后, 极板上的结晶体很小。电池部分放电后, 氢氧化亚镍没有完全变为氢氧化镍, 剩余的氢氧化亚镍将结合在一起, 形成较大的结晶体。结晶体变大是镍镉电池产生记忆效应的主要原因。

四、活化定义

蓄电池的活化是通过对蓄电池多次充放电提高其能力的一种方式。由于蓄电池组在长期串联充放电运行过程中, 绝对一致的充、放电电流和绝对不一致的单体蓄电池端电压, 对长期积分所造成的单体蓄电池充电能量的差异越来越大导致有些单体蓄电池长期过饱和充电或长期亏电, 容量和寿命均受到很大的影响。另外由于没有有效的维护方法及手段, 蓄电池的寿命也锐减。因此有必要对蓄电池进行定期活化, 弥补日常管理中的不足。

五、活化步骤

1. 材料及工具准备

临时备用蓄电池组、电解质、纯水, 真空泵、抽吸组合器、PP塑料桶、电液式比重计、PP塑料提桶、塑料勺、塑料量筒、烧杯、酒精柱温度计、数字万用表、电磁炉、电子秤、移动电缆盘、提液式比重计、内阻仪、放电机、充电机、扳手等相关装拆工具、铜锈等清理污物用的工具和器皿等等。

2. 活化前检查

检查环境温度、环境通风、临时备用蓄电池组荷电处于充足电状态, 并将扳手等长柄相关装拆工具的把手端用绝缘包布包紧, 以防电池短路。

3. 操作过程

(1) 电池组退出前, 先要做的事项

(1) 系统电池组本身是“双”组互备配置的, 系统先均衡充电一次 (若系统充电机本身只有一种浮充电方式除外) , 选出相对差的电池组退出系统 (同时保证了在线那组充足了电) 。在均衡充电电压稳定后, 检查、记录单体电池的电压、电解液比重、液面, 为下步活化作准备。 (2) 系统电池组本身是“单”组配置的, 系统电池组先均衡充电 (若系统充电机本身只有一种浮充电方式除外) , 在均衡充电电压稳定后, 检查、记录单体电池的电压、电解液比重、液面, 为下步活化做准备。 (3) 同时把临时备用蓄电池组按系统电压等级串联成组, 并检查电池单体正负极性、和整组极性须于系统电池组正负极性一致。正确后, 并联接入系统。

(2) 系统电池组退出后按下列顺序操作

(1) 系统电池组先均衡充电。 (2) 检查、记录单体电池的电压、电解液比重、液面。 (3) 在均衡充电时补水液至略低于上液面线。 (4) 调整电池的电液比重1.20g/ml。 (5) 均衡充电目标电压1.52~1.55V/单体。 (6) 采用5小时率放电, 终止电压1.0V/单体。正常不宜采用大电流, 短时间放电方法, 以更好地活化极板, 进一步提升容量。 (7) 如 (6) 步全放电容量不合格, 则再做一次全充全放电。 (8) 如 (6) 、 (7) 步全放电容量合格, 则放电后直接拆除连接排。清洁电池外表, 清洁极柱与连接排上的“爬碱”金属锈。 (9) 重新连接联结排, 电池极柱与连接线涂上凡士林。检查连接排紧固。 (10) 恢复充电。以上状况和参数都应记录。收集废液、污垢进专用箱, 送到陆地处理。

如系统电池放电不合格, 则需彻底活化, 即更换电解液后再进行两次以上的充放电。如果容量还是无法恢复到额定的80%, 则必须考虑更换蓄电池。

六、结语

为提高蓄电池维护的效率、延长蓄电池使用寿命, 除每月检查测试外, 还需定期进行一般活化, 甚至彻底活化, 提高可靠性。有条件的也可以考虑在线活化方案, 能够准备找到单体电压落后电池并对其进行均充和放电, 解决蓄电池组的一致性, 提高蓄电池组整体供电能力。

摘要：介绍了镍镉蓄电池的结构、工作原理、判断好坏的五个重要参数, 以及蓄电池活化的方法及意义。

关键词：镍镉蓄电池,容量,单体电压,内阻,活化

蓄电池的活化篇2

据有关资料报道, 1997 年蓄电池耗铅量占铅总耗量的60% , 1990～1997 年蓄电池耗铅量的增长速度远大于我国铅总耗量的增长速度 ,接下来的15年中 , 我国铅的需求量以61 %的年平均增长速度增长 ,到2010 年蓄电池耗铅将达到3846万t , 占铅总耗量的85.48 % , 可见 , 铅的消费主要取决于铅蓄电池的耗铅量。

而铅蓄电池在目前还是机动车、船舶等不可缺少的动力能源。由于腐蚀、钝化等原因，铅蓄电池在使用2-4年后即不能再用。我国每年从车、船上替换下来的报废铅蓄电池数约有30万个，每年以7％的速度增加。如不建立妥善的管理、回收制度和科学的再生技术，任其随意抛置或采用陈旧落后的工艺技术，由此散发出的铅尘、铅蒸汽、等，将对生态环境和人体健康造成严重影响以及铅资源的极大浪费。这方面的实例报道，屡见不鲜。所以如何更好地将废旧铅蓄电池中的有用物质回收利用，不仅关系到保护国家重金属源，也符合保护环境，发展循环经济的国家可持续发展的战略方针。

同时，再生铅是实施铅工业可持续发展战略的需要，其主要理由是：

（1）原生资源（铅矿）不可再生，会越开越少，而再生资源在较长时期内，会随铅消费量的增加而增加，为保

证铅工业的持续发展，必须使铅金属进入生产— 消费—再生的良性循环这是一个可持续发展的战略问题。

（2）回收再生铅可节约能源。据统计分析报导：国外再生铅较原生铅节能35.7%而国内节能也有 25.1%~31.4%。

（3）回收再生铅可保护环境。以每年再生铅1万t 计算，若采用铅栅、铅膏混合土炉冶炼，又无收尘设施，全年就有近1300t 铅蒸汽排入大气，弃渣高达0.44 万t，严重浪费资源以及污染环境。由此可见，采用先进技术回收铅锭和利用先进工艺生产黄丹或红丹，建立一定规模的再生铅综合利用工业既必要且潜力很大,有着巨大的现实意义。

废铅蓄电池综合利用现状及问题：

我国已注册的现有大小再生铅冶炼厂230多家，其中只有徐州春兴合金有限公司、湖北金泽台冶金股份有限公司和上海飞轮有色金属实业公司等 3~5家的生产规模在1 万 t/年以上，其余均为几十吨到2000t，规模小而分散，还有“地下” 冶炼厂达数百家。我国再生铅产量的80%以上分布在江苏、安徽、山东、河北、河南、湖北、湖南等七省。上述省市环保协同公安、工商、新闻等部门，几乎每年都对数百家非法冶炼厂依法予以捣毁，然而这些企业在利益的驱动下，采用打 “游击” 捉 “迷藏” 方式，继续非法冶炼废铅。据统计，采用落后的土炉土灶和小反

铅蓄电池的原理和维护篇3

关键词:铅蓄电池;原理;维护

目前,电动车作为一种代步工具已走进了我们的生活,并且由于它具有节能和环保的双重特点,深受大家的宠爱。蓄电池是电动车的动力来源,作为一个中学生若能了解铅蓄电池应用的基础知识,掌握蓄电池维护的基本技能,不但能拓宽书本的理论知识,还可以实现理论和实践的有机结合。同时在蓄电池的寿命得以延长的成就感中,激发我们探求科学知识的动力。下面就铅蓄电池原理和维护的基本知识介绍给大家,以供参考。

一、铅蓄电池的基本构造

1.阳极板(过氧化铅.PbO2)—> 活性物质。2.阴极板(海绵状铅.Pb) —> 活性物质。3.电解液(稀硫酸) —> 硫酸(H2SO4) + 水(H2O)。4.电池外壳。5.隔离板。6.其他(液口栓、盖子等)。

二、铅蓄电池的工作原理

(一)铅酸蓄电池充、放电化学反应的原理方程式

PbO2+2H2SO4+Pb—>PbSO4+2H2O+PbSO4(放电反应)

PbSO4+2H2O+PbSO4—>PbO2+2H2SO4+Pb(充电反应)

(二)铅酸蓄电池电动势的产生

铅酸蓄电池充电后,正极板二氧化铅(PbO2),在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质--氢氧化铅(Pb(OH)4),氢氧根离子在溶液中,铅离子(Pb4+)留在正极板上,故正极板上缺少电子。

铅酸蓄电池充电后,负极板是铅(Pb),与电解液中的硫酸(H2SO4)发生反应,变成铅离子(Pb2+),铅离子转移到电解液中,负极板上留下多余的两个电子(2e)。

可见,在未接通外电路时(电池开路),由于化学作用,正极板上缺少电子,负极板上多余电子,两极板间就产生了一定的电位差,这就是电池的电动势。

(三)铅酸蓄电池放电过程的电化反应

铅酸蓄电池放电时,在蓄电池的两极板电位差作用下,负极板上的电子经负载进入正极板形成电流,同时在电池内部进行化学反应。负极板上每个铅原子放出两个电子后,生成的铅离子(Pb2+)与电解液中的硫酸根离子(SO42-)反应,在极板上生成难溶的硫酸铅(PbSO4)。正极板的铅离子(Pb4)得到来自负极的两个电子(2e)后,变成二价铅离子(Pb2+),与电解液中的硫酸根离子(SO42-)反应,在极板上生成难溶的硫酸铅(PbSO4)。正极板水解出的氧离子(O2-)与电解液中的氢离子(H+)反应,生成稳定物质水。电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极,在电池内部形成电流,整个回路形成,蓄电池向外持续放电。放电时H2SO4浓度不断下降,正负极上的硫酸铅(PbSO4)增加,电池内阻增大(硫酸铅不导电),电解液浓度下降,电池电动势降低。

三、铅蓄电池的典型故障——极板硫化

蓄电池内部极板的表面上附着一层白色坚硬的结晶体,充电后依旧不能剥离极板表面转化为活性物质的硫酸铅,这就是硫酸盐化,简称为“硫化”。硫化表象是电池内阻增大,放电容量下降,充电较未硫化前电压提前到达充电终止电压,严重时可导致充不进电。

铅蓄电池在正常使用的情况下,正、负极板上的活性物质(PbO2和Pb)大部分变为小粒晶状的硫酸铅。这些松软小粒晶状的硫酸铅是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,经常充电不足,甚至经久搁置,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铅,这些粗而坚硬的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,阻碍了电解液的渗透和扩散作用,增加了电池的内电阻。同时,在充电时,这种粗而硬的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,这些粗而硬的硫酸铅就会失去可逆作用,结果使极板的有效物质减少,放电容量降低,使用寿命缩短。在极板上有白色的斑点出现,这种现象叫做不可逆硫酸盐化。

已硫化的蓄电池,能用一定的方法修复。目前的修复方法有物理修复和化学修复两种,不过都需要专业的修复仪或专业的修复人员。对于我们中学生而言,只要我们掌握其正确的使用方法和使用中正确维护,那么就可延缓蓄电池的硫化,从而延长蓄电池的使用寿命。

四、蓄电池的正确使用和维护

1.长时间不用时,需充足电保存,并每月补充电一次。

2.严禁过放电。电动车每只蓄电池电压是12V,最低保护电压是10.5V,当达到最低保护电压时不能在继续使用,且须及时充电。

3.充电时环境温度应在10摄氏度到30摄氏度之间,并保持良好的通风。较低的温度将影响充电效率,甚至会导致硫化;较高温度会引起热失控,充鼓电池。

4.严禁过充电。过充电会造成极板活性物质脱落,使电池寿命提前终止。

5.因使用中电池的反复充放电,有少量水分损失,当电池使用8—10个月后,须及时补充水分。方法是旋下六个安全阀,给以每单格加纯净水或蒸馏水5—6ml,中间每单格多加1—2ml。特别注意:非纯净水或蒸馏水严禁加入。

蓄电池的活化篇4

目前, 锂离子电池负极材料大多采用炭材料, 其中主要分为石墨类和非石墨类。其中石墨类包括天然石墨、人造石墨和石墨化炭。石墨化炭中又分为中间相炭微球MCMB、中间相沥青以及中间相炭纤维。根据石墨化的难易程度, 非石墨化炭可分为易石墨化炭即软炭和难石墨化炭即硬炭。其中, 易石墨化炭 (软炭) 可分为焦炭和中间相炭微球MCMB, 难石墨化炭 (硬炭) 可分为聚氧茂甲醇 (PFA—C) 、聚并苯 (PAS) 、对次苯基和线性石墨混合物 (LGH) 。天然石墨具有优良的嵌入-脱嵌性能和较低的嵌入电位, 是众多炭负极材料中较为良好的锂离子电池负极材料。

2 石墨插层化合物机理

1) 石墨结构。石墨是锂离子电池炭负极材料中研究最多的一种, 石墨晶体的微观结构是由C=C双键组成的六方形构成的一个平面, 即墨片面, 石墨晶体就是由这些面相互堆积组合而成的。其中, 面内:SP2杂化大π键, 键合能345kJ/mol;层间:范德华力, 键合能16.7k J/mol。墨片之间的距离, 理想的单晶微晶参数为0.3354mm, 无定形碳高达0.37nm。石墨晶体沿着a轴方向平均大小。墨片面沿着与a轴垂直的c轴方向进行堆积, 厚度为1nm~10um。石墨的插锂电位较低, 并且其波动较为平坦, 能够为锂离子提供较为稳定的工作电压, 是具有良好的充放电压平台。石墨电极的插锂容量较高, 最大嵌锂量对应于Li C6, 理论比容量为372mAh/g。近年来随着技术的不断提高, 对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整的研究取得了许多新的进展。比如:可采用技术手段在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构, 使石墨部分无序化, 使锂产生非化学计量嵌入———脱嵌, 其比容量可以由原来的372mAh/g提高到700mAh/g~1000mAh/g, 因此而使锂离子电池的比能量大大增加。

2) 石墨贮锂机理。一般认为, 锂离子嵌入碳材料形成石墨层间化合物 (GICs) 时, 其组成为Lix C6, 锂在炭负极材料中嵌入-脱嵌反应如下:

x Li+6CLixC6, 其中0

在石墨层间化合物中, 每隔n层碳层嵌入一层锂的结构称为n阶GICs (如图1所示) 。Ohzuku提出的模型认为锂嵌入石墨层间的过程是从高阶向低阶过渡的插层过程, 锂在石墨中的嵌入容量随着插层反应的进行而逐渐增加, 逐步生成Li C72、Li C36、Li C27、Li C18直至Li C6, 相应的石墨晶体的层间距由0.3335nm变为0.370nm。一阶GICs的嵌锂容量最大, 石墨的理论计算容量为372mAh/g, 实际上, 石墨的结晶度、微观组织、堆积形式等都会对其嵌锂性能产生影响, 因此多数石墨材料的锂可逆嵌入量x (Lix C6) <1, 可逆容量低于372mAh/g。

3 晶质石墨的提纯研究

天然鳞片石墨已经被广泛地应用于离子电池负极材料, 随着石墨的改性处理方法日益成熟, 可逆容量和首次充放电效率逐渐改善, 其作为锂离子电池负极材料的地位也日渐提高。石墨自大规模开发利用至今, 有关鳞片石墨的提纯工艺已经开发的较为成熟, 然而我国储量丰富的天然微晶石墨的开发和利用长期以来却被人们所忽视。在我国, 天然微晶石墨的提纯和加工技术和工艺还不完善, 影响了这部分石墨资源的开发和利用。天然微晶石墨矿石多呈致密块状, 固定碳含量可达60%~80%, 甚至90%以上, 但可选性差, 矿石中杂质矿物较难分离, 因此目前在工业应用上不及鳞片石墨广泛。天然微晶石墨的主要杂质矿物为绿泥石和云母。采用单一盐酸不能达到大幅度降低天然微晶石墨灰分含量的目的, 而采用盐酸和氢氟酸组成的混合酸能够明显降低天然微晶石墨中的杂质含量, 可采用两种方法:

方法一:采用盐酸预处理和盐酸-氢氟酸处理相结合的二步法提纯微晶石墨工艺, 可将天然微晶石墨试样的灰分含量由11.49%降低至1.59%, 固定碳含量由85.76提高至96.21%, 但该方法的缺点是提纯工艺工序较多, 提纯周期较长。 (如图2.1所示)

方法二:采用盐酸-氢氟酸一步法提纯天然微晶石墨, 按照正交实验优化后确立的工艺条件, 可以将天然微晶石墨的灰分含量由11.49%降低至0.53%, 固定碳含量由85.76%提高到97.34%, 跟方法一相比, 方法二缩短了提纯周期, 降低了提纯成本。 (如图2.2所示)

参考文献

[1]Yusuke F, Tsumoru O, Tetsuya H, Method for producing lithium ion secondarybattery:US, 20060248710[P], 2006.

[2]Ohzhku T, Iwakoshi Y, Sawai K, Formation of lithiumgraphite intercalationcompounds innonaqueous electrolytes and their application as a negative electrodefor a lithium ion (shuttlecock) cell[J].J Electrochem Soc, 1993.