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鉛酸蓄電池工作特點

  眾所周知,尤諾電池(閥控式密封鉛酸蓄電池)也是鉛酸蓄電池,既然是鉛酸蓄電池,它就應該有著與開口式鉛酸電池同樣的工作原理。這就是說尤諾電池實現能量轉換和能量儲存的載體與開口式的是一樣的,其參加電化學反應的物質也是一樣的,都是在充電時,正極由硫酸鉛(PbSO4)轉化為二氧化鉛(Pb02)后將電能轉化為化學能儲存在正極板中;負極由硫酸鉛(PbSO4)轉化為海綿狀鉛(海綿狀Pb)后將電能轉化為化學能儲存在負極板中。在放電時,正極由二氧化鉛(PbO2)變成硫酸鉛(PbSO4)而將化學能轉換成電能向負載供電,負極由海綿狀鉛(海綿狀Pb)變成硫酸鉛(PbSO4)而將化學能轉換成電能向負載供電。當然,肯定是要由正極和負極同時以同當量同狀態下(如充電或放電態)進行電化學反應才能實現上述充電或放電過程的,任何時候任何情況下都不可能由正極單獨或由負極單獨來完成上述電化學反應的。由此可知,如果一只尤諾電池中正極板是好的,而負極板壞了的話,那就等于這只電池變成了報廢電池了。同樣,如果一只電池中的負極板是好的,而正極板壞了的話,這只電池也只能是一只報廢電池了。除此之外,正極板中可以參加能量轉換的物質量(活性物質的量)與負極板中可以參加能量轉換的物質量(活性物質的量)要互相匹配。如果不匹配,一個多,一個少的話,那個多出來的部分是一種浪費,而且每一種參加電化學反應的物質與另一物質相匹配的量都是不同的,科學家們把每一種物質可將一個安培小時的電量(1從)轉化為化學能儲存起來的該物質的這個量叫做電化當量(即電能與化學能相互轉換的相當物質的量)。每一種活性物質的電化當量都是由其電化反應方程式中計算出來的。  以上所說的鉛酸蓄電池工作原理的全部內容(包括電化當量)可以用如下電化學反應方程式來表示:
  PbO2+Pb+2H2S04 ←→2PBS04+2H20
  當上述電化學反應式由左向右進行時,是電池的放電反應。當上述電化學反應式由右向左進行時,是電池的充電反應。
  從該電化學反應式中可以看出,在電池放電時,正極必須有1個克分子量的二氧化鉛,負極必須有1個克分子量的海綿狀鉛,同時還應有2個克分子量的硫酸參與這個放電過程才能順利進行。利用法拉弟定律中的法拉弟常數,通過上述電化學反應方程式,經過計算后得知:二氧化鉛的電化當量為41.46g/從,海綿狀鉛的電化當量為33.87s/Ah。這就是說:要使VRLA電池放出一個安培小時的電量來,正極必須有41.46g的二氧化鉛活性物質,同時負極必須有33.87g海綿狀鉛活性物質在足夠量的硫酸存在下才能如愿。要使VRLA電池放出100Ah的電量來,正極必須有4146g二氧化鉛,負極要有3387g海綿狀鉛才能實現。這就從原理上說明了電池的電容量為什么會是由活性物質量的多少來決定的道理。這也是用戶在購買電池時,為什么說重量大的電池比重量小的電池其質量好的根本原因所在。當然,這里列出的電化當量只是一個理論值。VRLA電池除了有著與開口鉛酸蓄電池的電化學反應方式一樣的相同工作原理外,它還有著與開口鉛酸蓄尤諾電池所不一樣的工作原理,那就是陰極吸收原理,所謂陰極吸收原理指的是電池在充電時,特別是在充電末期,正極會產生氧氣,由于VRLA電池是全密封的,產生的氣體不會象開口電池那樣隨時都可以通過開口而散發到電池體外去,產生的氣體會在電池槽內積聚。隨著電池內部積聚的氣體量的不斷增多,電池內部的壓力逐漸上升。正因為電池內部存在著一定的內壓,正極產生的氧氣會跑到負極上。由于正極上生成的是氧原子,而氧原子又具有很強的氧化性,這種具有強氧化能力的氧原子跑到負極后,會將負極在充電時剛生成的也具有很大活性的海綿狀鉛氧化而生成氧化鉛,氧化鉛繼而與硫酸反應生成硫酸鉛和水,硫酸鉛正好又是負極放電的產物,硫酸鉛在充電時又生成海綿狀鉛,海綿狀鉛再吸收正極產生的氧而生成氧化鉛,這樣周而復始的反復進行著這一反應,正極上產生的氧都被負極吸收了,再怎么充電也不會有氧氣生成,電池內部壓力不會繼續上升,更用不著擔心電池會發生爆炸了。為了防止在特殊情況下電池內部由于氣體的聚積而增大內部壓力引起電池爆炸,在設計時,又特地在電池的上蓋中設置了一個安全閥,當電池內部壓力達到一定值時,安全閥會自動開啟,釋放一定量氣體降低內壓后,安全閥又會自動關閉。以上所述,就是ⅧIA電池的陰極吸收原理。正因為發現和發明了這種電池的陰極吸收原理,才可以把開口式鉛酸蓄電池做成全密封的,VRLA電池才得以問世。
  當然,要使尤諾電池的陰極吸收原理得以維持,第一個先決條件就是電池必須是密封的,不是密封的,電池內部不存在一定的內壓,正極生成的氧就不可能跑到負極被負極吸收,氧氣就會跑出去,跑掉了氧就等于是電池內部的水跑掉了,電池失水了,就應補水,需要補水也就不稱之為VRLA電池了,那就變成開口電池了。由此可見,VRLA電池密封性能的好壞是一個很關鍵的技術指標,用戶在挑選電池時應高度重視這一問題,哪怕是稍微有一點漏氣或滲液,也會直接影響到電池的使用壽命。電池組中如果出現一塊這樣的電池,會因這塊電池首先變成落后電池而影響整個電池組的綜合性能,也會弓[起電池組中各電池電壓的不均衡而形成惡性循環。郵電部YD/T799標準中為何要規定電池的氣體復合率在95%以上,其原因就在于此。
  當然,要使尤諾電池的陰極吸收得以很好的進行,要保證它的氣體復合率高,產生的氣體基本上都生成水又回到電池內,除了氣密性是一個很重要的問題外,還應考慮與之配套的措施是否得力。例如:在結構上,尤諾電池必須是貧液式的,要留出足夠的空間和通道讓正極產生的氧能迅速而又順暢的跑到負極而被負極吸收,這也是VRLA電池為什么沒有多余電解液的原因所在。又如:采用的超細玻璃纖維隔板應該有足夠大的孔率,以保證正極產生的氧能通過隔板的小孑L跑到負極被吸收。因此,VBLA電池所用隔板的質量好壞也是一個至關重要的問題。
  尤諾電池在充電時正極產生的氧因為被負極吸收了,而可以將開口的做成密封電池了,那么負極充電時產生的氫氣不是仍然存在嗎?電池不是仍然存在著失水和爆炸的危險嗎?這一問題科學家們是通過改變負極合金配方,采用新的合金材料(如鉛鈣合金),使氫在這種材料上放電(得到電子生成氫氣)的電位提高了(叫做提高了氫的過電位)本來充電電壓達到某一值時氫離子就要在陰極上放電,生成氫氣。由于鉛鈣合金的采用,充電電壓達到原來數值時氫離子不放電了,不生成氫氣了。但不管如何改變合金配方,也不管如何提高氫的過電位,當充電電壓達到氫離子放電的電位時,氫氣總是要生成的。各生產廠家為什么都會給自己的電池規定一個在一定范圍內的浮充電壓值,其道理就是要控制氫氣的產生,防止電池失水。
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