兩類(lèi)閥控式密封鉛光宇電池的比較

當今閥控式密封鉛光宇電池有兩類(lèi)，即分別采用玻璃纖維隔板和硅凝膠二種不同方式來(lái)“固定”硫酸電解液。它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的，但給陽(yáng)極析出的氧到達陰極提供的通道是不同的，因而二種電池的性能各有千秋。

1  歷史的簡(jiǎn)單回顧

  鉛酸光宇電池從問(wèn)世到如今，一直是軍用民用領(lǐng)域中使用最廣泛的化學(xué)電源。由于它使用硫酸電解液，運輸過(guò)程中會(huì )有酸液流出，充電時(shí)會(huì )有酸霧析出來(lái)，對環(huán)境和設備造成損害，人們就試圖將電解液“固定”起來(lái)，將電池“密封”起來(lái)，于是使用膠體電解液的鉛酸光宇電池應運而生。

   初期的膠體鉛光宇電池使用的膠體電解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干態(tài)鉛光宇電池中。這樣雖然達到了“固定”電解液或減少酸霧析出的目的，但卻使電池的容量較原來(lái)使用自由電解液時(shí)的電池容量要低20%左右，因而沒(méi)有被人們所接受。

我國在50年代也開(kāi)展了初期膠體電池的研制工作，到60年代末也就基本上停止了。然而70年代后期至80年代，國內又有一些非電池行業(yè)界的人利用媒體大肆鼓吹自己發(fā)明了固體電解質(zhì)的鉛光宇電池，宣稱(chēng)使電池容量和壽命提高1倍。這種經(jīng)不起

事實(shí)檢驗的肥皂泡式的“發(fā)明創(chuàng )造”，不僅未能使鉛光宇電池性能有所提高，而且還敗壞了膠體光宇電池的名聲。

   幾乎在研制膠體電池的同時(shí)，采用玻璃纖維隔膜的陰極吸收式密封鉛光宇電池卻誕生了，它不但使鉛光宇電池消除了酸霧，而且還表現出內阻小、大電流放電特性好的優(yōu)點(diǎn)。因而在國民經(jīng)濟中，尤其是原來(lái)使用固定型鉛光宇電池的場(chǎng)合，得到了迅速的推廣和應用，于是人們就把膠體鉛光宇電池拋在腦后了。

   80年代，德國陽(yáng)光公司的膠體密封鉛光宇電池產(chǎn)品進(jìn)入中國市場(chǎng)，多年來(lái)使用效果表明它的性能確實(shí)不同于以前的膠體鉛光宇電池。這就迫使人們要重新認識膠體鉛光宇電池。

   本文將根據近年來(lái)的兩種閥控式密封鉛光宇電池的研制、生產(chǎn)和使用效果對它們進(jìn)行比較，供選用電池的同事們作參考。

2  電池的工作原理

   不論是采用玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛光宇電池(以下簡(jiǎn)稱(chēng)AGM密封鉛光宇電池)還是采用膠體電解液的閥控式密封鉛光宇電池(以下簡(jiǎn)稱(chēng)膠體密封鉛光宇電池)，它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。

   電池充電時(shí)，正極會(huì )析出氧氣，負極會(huì )析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達到70%時(shí)就開(kāi)始了。

析出的氧到達負極，跟負極起下述反應，達到陰極吸收的目的。

   2Pb十O2=2PbO

   2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20

   負極析氫則要在充電到90%時(shí)開(kāi)始，再加上氧在負極上的還原作用及負極本身氫過(guò)電位的提高，從而避免了大量析氫反應。

   對AGM密封鉛光宇電池而言，AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液，但必須使10%的隔膜孔隙中不進(jìn)入電解液。正極生成的氧就是通過(guò)這部分孔隙到達負極而被負極吸收的。

   對膠體密封鉛光宇電池而言，電池內的硅凝膠是

以SiQ質(zhì)點(diǎn)作為骨架構成的三維多孔網(wǎng)狀結構，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進(jìn)一步收縮，使凝膠出現裂縫貫穿于正負極板之間，給正極析出的氧提供了到達負極的通道。

   由此看出，兩種電池的密封工作原理是相同的，其區別就在于電解液的“固定”方式和提供氧氣到達負極通道的方式有所不同。

3  電池結構和工藝上的主要差異

   AGM密封鉛光宇電池使用純的硫酸水溶液作電解液，其密度為1.29—1.3lg/cm3。除了極板內部吸有一部分電解液外，其大部分存在于玻璃纖維膜之中。為了給正極析出的氧提供向負極的通道，必須使隔膜保持有10%的孔隙不被電解液占有，即貧液式設計。為了使極板充分接觸電解液，極群采用緊裝配的方式。

   另外，為了保證電池有足夠的壽命，極板應設計得較厚，正板柵合金采用Pb'-q2w-Srr--A1四元合金。

   膠體密封鉛光宇電池的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低，通常為1.26～1.28g/cm3。電解液的量比AGM式電池要多20%，跟富液式電池相當。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充滿(mǎn)在隔膜中及正負極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著(zhù)，不會(huì )流出電池。

   由于這種電池采用的是富液式非緊裝配結構，正極板柵材料可以采用低銻合金，也可以采用管狀電池正極板。同時(shí)，為了提高電池容量而又不減少電池壽命，極板可以做得薄一些。電池槽內部空間也可以擴大一些。

4  電池放電容量

   初期的膠體光宇電池的放電容量只有富液式電池的80%左右，這是由于使用性能較差的膠體電解液直接灌人未加改動(dòng)的富液式電池之中，電池的內阻較大，電解質(zhì)中離子遷移困難引起的。

   近來(lái)的研究工作表明，改進(jìn)膠體電解液配方，控制膠粒大小，摻人親水性高分子添加劑，降低膠液濃度提高滲透性和對極板的親合力，采用真空灌裝工藝，用復合隔板或AGM隔板取代橡膠隔板，提高電池吸液性；取消電池的沉淀槽，適度增大極板面積活性物質(zhì)的含量，結果可使膠體密封電池的放電容量達到或接近開(kāi)口式鉛光宇電池的水平。

   AGM式密封鉛光宇電池電解液量少，極板的厚度較厚，活性物質(zhì)利用率低于開(kāi)口式電池，因而電池的放電容量比開(kāi)口式電池要低10%左右。與當今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。

 5  電池內阻及大電流放電能力鉛光宇電池的內阻是由歐姆內阻、濃差極化內阻、電化學(xué)極化內阻組成的。前者包括極板、鉛零件、電解液、隔極電阻。AGM密封鉛光宇電池所用的玻璃纖維隔板具有90%的孔率，硫酸吸附其內，且電池采用緊裝配形式，離子在隔板內擴散和電遷移受到的阻礙很小，所以AGM密封鉛光宇電池具有低內阻特性，大電流快速放電能力很強。

   膠體密封鉛光宇電池的電解液是硅凝膠，雖然離子在凝膠中的擴散速度接近在水溶液中的擴散速度，但離子的遷移和擴散要受到凝膠結構的影響，離子在凝膠中擴散的途徑越彎曲，結構中孔隙越狹窄，所受到的阻礙也越大。因而膠體密封鉛光宇電池內阻要比AGM密封鉛光宇電池要大。

   然而試驗結果表明膠體密封鉛光宇電池的大電流放電性能仍然很好，完全滿(mǎn)足有關(guān)標準中對密封電池大電流放電性能的要求。這可能是由于多孔電極內部及極板附近液層中的酸和其他有關(guān)離子的濃度在大電流放電時(shí)起到關(guān)鍵性的作用。

 6  熱失控

   熱失控指的是：電池在充電后期(或浮充狀態(tài))由于沒(méi)有及時(shí)調整充電電壓，使電池的充電電流和溫度發(fā)生一種累積性的相互增強作用，此時(shí)電池的溫度急劇上升，從而導致電池槽膨脹變形，失水速度加大，甚至電池損壞。

   上述現象是AGM密封鉛光宇電池在使用不當時(shí).

 而出現的一種具有很大破壞性的現象。這是由于A(yíng)GM密封鉛光宇電池采用了貧液式緊裝配設計，隔板中必須保持10%的孔隙不準電解液進(jìn)入，因而電池內部的導熱性差，熱容量小。充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧到達負極和負極鉛反應時(shí)會(huì )產(chǎn)生熱量，如不及時(shí)導走，則會(huì )使電池溫度升高；如若沒(méi)有及時(shí)降低充電電壓，則充電電流就會(huì )加大，析氧速度增大，又反過(guò)來(lái)使電池溫度升高。如此惡性循環(huán)下去，就會(huì )引起熱失控現象。

   對于開(kāi)口式鉛光宇電池而言，由于不存在陰極吸收氧氣現象，再加上其電解液量比較大，電池散熱容易，熱容量也大，當然不會(huì )出現熱失控現象。膠體密封鉛光宇電池的電解液量用得和開(kāi)口式鉛光宇電池相當，極群周?chē)�及與槽體之間充滿(mǎn)凝膠電解質(zhì)，有較大的熱容量和散熱性，不會(huì )產(chǎn)生熱量積累現象。

德國陽(yáng)光公司的膠體密封鉛光宇電池進(jìn)入中國市場(chǎng)已有十余年，幾家代理商均說(shuō)沒(méi)有聽(tīng)到用戶(hù)反映電池有熱失控現象。

7  使用壽命

   影響閥控式密封鉛光宇電池使用壽命的因素很多，既有電池設計和制造方面的因素，又有用戶(hù)使用和維護條件方面的因素。就前者而言，正極板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度乃是兩個(gè)最主要的因素。由于正板柵的厚度加大，采用Pb—Ca—Sn--A1四元耐蝕合金，則根據板柵腐蝕速度推算，電池的使用壽命可達10～15年。然而從電池使用結果來(lái)看，水損耗速度卻成為影響密封電池使用壽命的最關(guān)鍵性因素。

   對于A(yíng)GM密封鉛光宇電池而言，由于采用貧液式設計，電池容量對電解液量極為敏感。電池失水10%，容量將降低20%；損失25%水份，電池壽命結束。然而膠體密封鉛光宇電池采用了富液式設計，電解液密度比AGM密封鉛光宇電池低，降低了板柵

合金腐蝕速度；電解液量也比后者多15%～20%，對失水的敏感性較低。這些措施均有利于延長(cháng)電池使用壽命。根據德國陽(yáng)光公司提供的資料，膠體電解液所含的水量足以使電池運行12～14年。電池投入運行的第一年，水損耗4%—5%，隨后逐年減少，4年之后總的水耗損只有2%。OP2V型密封電池在2.27V/單體條件下浮充運行10年后，其容量還有90%。從國內一些郵電通信部門(mén)的反映來(lái)看，雖然陽(yáng)光公司的膠體密封鉛光宇電池售價(jià)較高，但其使用壽命卻長(cháng)于國產(chǎn)的AGM密割·鉛光宇電池。

8  復合效率

   復合效率是指充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧氣被負極吸收復合的比率。充電電流、電池溫度、負極特性和氧氣到達負極的速度等因素，均會(huì )影響密封電池的氣體復合效率。

   根據德國陽(yáng)光公司提供的膠體密封鉛光宇電池產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)介紹，膠體密封鉛光宇電池產(chǎn)品使用初期，氧復合效率較低，但運行數月之后，復合效率可達95%以上。這種現象也可以從電池的失水速度得到驗證，膠體密封鉛光宇電池運行第一年失水速度

較大，達到4%～5%，以后逐漸減少。造成上述特性的主要原因，看來(lái)膠體電解質(zhì)在形成初期，內部沒(méi)有或極少有裂縫，沒(méi)有給正極析出的氧提供足夠的通道。隨著(zhù)膠體的逐漸收縮，則會(huì )形成越來(lái)越多的通道，那么氧氣的復合效率必然逐漸提高，水損耗也必然減少。

   AGM式密封鉛光宇電池隔膜中有不飽和空隙，提供了大量的氧氣通道，因而其氧氣復合效率很高，新電池可以達到98%以上。

9 選用貨真價(jià)實(shí)的膠體密封鉛光宇電池

   以上談及的膠體密封鉛光宇電池的一些特性，乃是當今國內外新一代膠體密封鉛光宇電池才具有的性質(zhì)。這種電池使用的膠體電解質(zhì)在性能上有別于早期膠體電池使用的膠體電解質(zhì)，后者是用普通水玻璃制成的，或由一般市售的硅溶膠配成的。此外，新一代膠體密封鉛光宇電池的結構和選材上也不同于一般的鉛光宇電池。

與其他交通工具相比，電動(dòng)車(chē)有著(zhù)太多的優(yōu)勢，比自行車(chē)快、舒服，比汽車(chē)省錢(qián)，而且省事，效率高，最重要的是，價(jià)格便宜，成本低，不需要花費高價(jià)保養，不用駕駛證，因此電動(dòng)車(chē)才能在如此短的時(shí)間內風(fēng)靡中國。但是，在電動(dòng)車(chē)使用過(guò)程中，有一個(gè)問(wèn)題非常受消費者關(guān)注，那就是電動(dòng)車(chē)電池使用壽命問(wèn)題�！　�

我們都知道，普通的電池一般在兩年左右使用壽命，而品質(zhì)比較不錯的，保養好的在三到五年，但是實(shí)際上，很多家庭所用的電動(dòng)車(chē)電池根本達不到使用年限，幾乎都是半途就廢了。而之所以會(huì )因為如此，就是受到很多外在因素的影響。那么，影響電動(dòng)車(chē)電池使用壽命的因素都有哪些呢？　　

一、充電不足　

有些年輕人在使用的時(shí)候并不注意保養電動(dòng)車(chē)電池，總是不用的時(shí)候就插上電源充電，用的時(shí)候直接拔下來(lái)，也不管是不是充滿(mǎn)電了，用完再充上，看似好像是非常方便，但是實(shí)際上對電池的傷害非常大。而且電池老是充不足，久而久之就會(huì )導致內部的化學(xué)反應不充分，進(jìn)而導致電容減少，自然行程也會(huì )減少�！　�

二、載重過(guò)大　

一個(gè)體重輕的人騎電動(dòng)車(chē)要比體重重的人騎電動(dòng)車(chē)所消耗的電量要低很多，因此在充電方面，前者充電的次數往往要比后者少，達到一定數量也就報廢了，因此，在這里也建議大家最好不要經(jīng)常載重過(guò)大，最好核定范圍之內，這樣可以讓電池用的更久一點(diǎn)�！　�

三、過(guò)度放電再充電　　

這種適合其他的帶電產(chǎn)品，但是并不適合電動(dòng)車(chē)電池。因為電動(dòng)車(chē)電池不能過(guò)度放電，否則會(huì )損害電池表面的活性，導致化學(xué)反應出現問(wèn)題，進(jìn)而降低電容�！�

四、新舊電池搭配使用

有的家庭所用的光宇電池是組合型的，這種電池往往會(huì )出現有的用完了，有的還能用的情況。在這種前提下，建議最好不要新舊電池搭配使用，否則會(huì )導致其它電池損壞，還會(huì )留下安全隱患。