铅酸蓄电池电解液标称浓度的技术要求

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考虑到电池的容量和酸液的腐蚀,现在电解液的标称密度允许有±0.01kg/l的误差。然而,如下的阐述会证明,一些其他的因素也起着重要的作用。随着酸液浓度的增加,腐蚀会进一步加剧。然后稳定在某个范围内(大约1.18-1.24kg/l),标称密度一般约为1.20kg/l。低于1.18kg/l特别是在小于1.15kg/l时,会引起腐蚀的进一步加剧。在硫酸水溶液的浓度非常低的情况下,铅不稳定,这只是一个极端的情况。

迄今,我们没有特别肯定的典型酸液密度,1.27kg/l(牵引型),1.29kg/l(牵引型,高性能),1.28kg/l(起动型)。实际上,它们同处于一个浓度范围,在此范围内,腐蚀已经加剧了。

然而,在这方面并没有具体的研究和调查结果。无论是在文献中,还是在历史上,都没有。当然,每一件事情在技术上都是说得过去的,但也有大量的历史背景资料。

技术背景:

当铅酸电池充电的时候,浓硫酸在活性物质的孔隙之中生成。要与稀硫酸混合,浓硫酸必须达到活性物质的外部。众所周知,浓硫酸更重一些,因此,在离开活性物质后,沉淀到底部。硫酸的相互混合必须要依靠气体或者依靠电解液的人工搅拌。如果这样的混合长期不能够发生,极板就会损坏,特别是在极板的底部。因为阳极在极板的底部,酸液的浓度更高(酸的分层)。浓硫酸对铅的腐蚀更加严重,以至于正极板的铅被氧化为

,负极板上的铅,尤其是活性物质,被转化成

,它的沉降造成负极板的“脱落”。另一方面,铅在很稀的硫酸中也不稳定,会发生溶解。浓硫酸而且更加粘稠,在活性物质的孔隙之中,浓硫酸很牢靠,很难离开极板。对于薄板而言,这个过程相对快一些,对厚极板而言(固定型),浓硫酸在孔隙之中的存在时间明显要长。这就是固定型电池酸的浓度较低的原因之一。应该如何降低酸的浓度,以减小腐蚀,延长寿命,还没有得出具体的结果。这就需要一方面从使用寿命与应用方式(循环工作或纯浮充)的依赖关系上,另一方面应在历史背景的基础上进行评估。

历史背景:

1.固定型电池

在纯浮充模式下,限制电池使用寿命的腐蚀过程仅在正极组分上进行(阳极氧化),而负极组分处于持续的还原过程中,铅保持稳定。当然,也可通过改变酸的浓度改变一些腐蚀速度,仅在阳极过程,但是结果并不明显,否则的话,电池制造商就会长久利用这个条件。

在这方面,还没有任何具体的数据。而且,一些其他的影响因素也很重要。例如:浮充电压在2.20到2.25V/单体,电池的使用寿命保持在最佳。

但是,纯浮充和备用电源的使用模式在很长一段时间内不被人们所知晓,以前,固定型电池几乎总是处于循环的状态。(缓冲使用),因此上述关系仍是适宜的。

由于如上的原因,1.20kg/l的酸液标称密度知道50年代中期,一直是使用标准。随着电池尺寸(容量)标准的提高,德国邮电部门提出了固定型电池的技术规范,以保证载相同的空间内,得到更大的容量。这导致了1.24kg/l酸液标称密度的使用。普兰特(大面积)极板电池采用了一种略为不同的方法,沿用了英国25Ah和Ah的极板,采用1.20kg/l的酸液密度时,容量不足,另一方面,采用1.24kg/l的酸液密度时,容量过剩,这在电池使用中是没有必要的,因此,1.22kg/l的酸液密度是这种类型电池的最佳选择。

在温度持续增加的条件下(例如在热带地区),酸液密度恢复到1.20kg/l是可能的。因为在更高的温度下,可利用的容量更大。在这些条件下,一些腐蚀过程也更加缓慢,这是酸液密度降低的结果。(温度对酸液密度有补偿影响?)也许有不同的因素在起作用(例如,在更热的环境中水的消耗更多,导致酸的密度增加)。

固定型电池的循环工作模式(太阳能应用)与酸密度的关系,更加明显,当然,牵引型电池也是如此。

在循环工作中,循环次数所表征的电池使用寿命可能通过降低电解液的标称密度得到延长,当然,不是在通常的放电深度下,例如:80%,而是在更低的放电深度。

例如:日光用电池是这样设计的,酸液密度为1.24kg/l,按一定的终止电压,80%放电,酸液密度降低到1.14kg/l(假定情况)。酸液密度下降了0.1kg/l。如果标称酸液密度降到1.19kg/l,在相同的终止电压下,酸密度则降低了0.05kg/l。这时只放出了40%的标称容量。因此,如果采用这种组合,就可能得到循环次数的2倍,但是,只能得到电量的一半。总的来说,在电池寿命终止之前,都是得到相同的电量转化。因此,不可能从电池中多得到什么。

如上的考虑也适用于牵引型电池。

2.牵引型电池

在这里,顺便提一下,牵引型电池的标称电解液密度也为1.24kg/l。然而,在某个时期,电池制造商们在没有增大容器体积的前提下,提高了电池的容量,这结果导致了现在通常使用的电解液密度1.27kg/l。

根据以上示例,可以清楚的得到循环条件:

---放电≤80%

---放电时,电解液的最终密度在1.13kg/l左右。(视酸液量与电池大小而定)

---酸液的标称密度降低,循环周期数相应的增加

问题仅存在于:这对使用人员会带来好处吗?任何好处都没有,因为每次循环安时数越少,电池最终被充电的次数也就越多。

3.起动型电池

虽然腐蚀过程在这里更加剧烈,但是为了避免容量的损失,希望仍然保持以前的1.28kg/l的标称酸液密度。一个可供选择的办法,即降低酸液的密度,增加酸液的用量。但是不能够被采纳,因为容器的尺寸预先已经定好了。(对牵引型电池也是如此)




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