AGM隔板制造專家 · 實(shí)力打造品牌 · 品質(zhì)驅(qū)動(dòng)世界
閥控式密封鉛酸蓄電池有兩種:一種是采用超細(xì)玻璃纖維隔膜(AGM)的閥控式密封鉛酸蓄電池;一種是采用膠體電解液(GFL)的閥控式密封鉛酸蓄電池(縮寫為GFL-VRLA蓄電池)。它們都是利用陰極吸收原理使蓄電池得以密封的。所以,在AGM-VRLA蓄電池的隔膜中必須有10%左右的隔膜空隙,對(duì)GFL-VRLA蓄電池而言,灌注的硅溶膠變成凝膠后,骨架要進(jìn)一步收縮,硅溶膠的黏度應(yīng)控制在10mPa.s左右,以使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)極板之間??障痘蛄芽p是給正極板析出的氧氣提供到達(dá)負(fù)極的通道。在AGM-VRLA蓄電池生產(chǎn)中,灌注電解液過多則不利于氧氣在陰極的再化合,灌住電解液過少將會(huì)造成AGM-VRLA蓄電池內(nèi)阻增大;而在GFL-VRLA蓄電池生產(chǎn)中,若硅溶膠的黏度過高即加入硅溶液量過大,將會(huì)造成凝膠出現(xiàn)裂縫過大,增大GFL-VRLA蓄電池內(nèi)阻,反之,則不利于氧氣在陰極的再化合。因此,閥控式密封鉛酸蓄電池對(duì)生產(chǎn)工藝要求十分嚴(yán)格。
早期的GFL-VRLA蓄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)普通鉛酸蓄電池中。這樣雖然達(dá)到了“固定”電解液或減少酸霧析出的目的,但卻使GFL-VRLA蓄電池的容量較原來使用自由電解液的普通鉛酸蓄電池容量要低20%左右,因而沒有被人們所接受。
我國在20世紀(jì)50年代開展了GFL-VRLA蓄電池的研制工作,在研制GFL-VRLA蓄電池的過程中,采用玻璃纖維隔膜的陰極吸收式蓄電池卻誕生了,它不但使普通鉛酸蓄電池消除了酸霧,而且還表現(xiàn)出內(nèi)阻小、大電流放電特性好等優(yōu)點(diǎn)。因而在國民經(jīng)濟(jì)中,尤其是在原來使用普通鉛酸蓄電池的場(chǎng)合,得到了迅速的推廣和應(yīng)用,在此期間我國的GFL-VRLA蓄電池研制處于停滯狀態(tài)。
在20世紀(jì)80年代,德國陽光公司的GFL-VRLA蓄電池產(chǎn)品進(jìn)入中國市場(chǎng),多年來使用效果表明它的性能優(yōu)于早期的GFL-VRLA蓄電池。這就使GFL-VRLA蓄電池進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。
1.結(jié)構(gòu)和工藝上的主要差異
不論是AGM-VRLA蓄電池,還是GFL-VRLA蓄電池,它們都是利用陰極吸收原理使蓄電池得以密封的。閥控式密封鉛酸蓄電池充電時(shí),正極會(huì)析出氧氣,負(fù)極會(huì)析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開始了。析出的氧到達(dá)負(fù)極,跟負(fù)極起下述反應(yīng),達(dá)到陰極吸收的目的。
2Pb十O2=2PbO
2PbO十2H2SO4:2PbS04+2H20
負(fù)極析氫則要在充電到90%時(shí)開始,再加上氧在負(fù)極上的還原作用及負(fù)極本身氫過電位的提高,從而避免了大量析氫反應(yīng)。對(duì)AGM-VRLA蓄電池而言,在AGM-VRLA中,雖然保持了蓄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,即貧液式設(shè)計(jì),正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的。
對(duì)GFL-VRLA蓄電池而言,在GFL-VRLA蓄電池內(nèi)是以SiO2質(zhì)點(diǎn)作為骨架構(gòu)成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),它將電解液包藏在里邊。GFL-VRLA蓄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(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)極板之間,給正極析出的氧提供了到達(dá)負(fù)極的通道。
由此看出,兩種閥控式密封鉛酸蓄電池的密封工作原理是相同的,其區(qū)別就在于電解液的“固定”方式和提供氧氣到達(dá)負(fù)極通道的方式有所不同。
AGM-VRLA蓄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(nèi)部吸有一部分電解液外,其大部分存在于玻璃纖維膜中。為了使極板充分接觸電解液,極群采用緊裝配的方式。另外,為了保證蓄電池有足夠的壽命,極板應(yīng)設(shè)計(jì)得較厚,正板柵合金采用Pb-Ca-Sn--A1四元合金。
GFL-VRLA蓄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-VRLA蓄電池要低,通常為1.26~1.28g/cm3。電解液的量比AGM-VRLA蓄電池要多20%,跟普通鉛酸蓄電池相當(dāng)。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在,充滿在隔膜中及正負(fù)極之間,硫酸電解液由凝膠包圍著,不會(huì)流出蓄電池。
由于GFL-VRLA蓄電池采用的是富液式非緊裝配結(jié)構(gòu),正極板柵材料可以采用低銻合金,也可以采用管狀蓄電池正極板。同時(shí),為了提高GFL-VRLA蓄電池容量而又不減少GFL-VRLA蓄電池壽命,極板可以做得薄一些。GFL-VRLA蓄電池槽內(nèi)部空間也可以擴(kuò)大一些。
2.放電容量
早期的GFL-VRLA蓄電池的放電容量只有普通鉛酸蓄電池的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)的普通鉛酸蓄電池中,GFL-VRLA蓄電池的內(nèi)阻較大,是由電解質(zhì)中離子遷移困難引起的。近來的研究工作表明,改進(jìn)膠體電解液配方,控制膠粒大小,摻入親水性高分子添加劑,降低膠液濃度提高滲透性和對(duì)極板的親合力,采用真空灌裝工藝,用復(fù)合隔板或AGM取代橡膠隔板,提高GFL-VRLA蓄電池吸液性;取消GFL-VRLA蓄電池的沉淀槽,適度增大極板面積活性物質(zhì)的含量,結(jié)果可使GFL-VRLA蓄電池的放電容量達(dá)到或接近普通鉛酸蓄電池的水平。
AGM-VRLA蓄電池電解液量少,極板的厚度較厚,活性物質(zhì)利用率低于普通鉛酸蓄電池,因而AGM-VRLA蓄電池的放電容量比普通鉛酸蓄電池要低10%左右。
3.內(nèi)阻及大電流放電能力
AGM-VRLA蓄電池所用的玻璃纖維隔板具有90%的孔率,硫酸吸附其內(nèi),且AGM-VRLA蓄電池采用緊裝配形式,離子在隔板內(nèi)擴(kuò)散和電遷移受到的阻礙很小,所以AGM-VRLA蓄電池具有低內(nèi)阻特性,大電流快速放電能力很強(qiáng)。
GFL-VRLA蓄電池的電解液是硅凝膠,雖然離子在凝膠中的擴(kuò)散速度接近在水溶液中的擴(kuò)散速度,但離子的遷移和擴(kuò)散要受到凝膠結(jié)構(gòu)的影響,離子在凝膠中擴(kuò)散的途徑越彎曲,結(jié)構(gòu)中孔隙越狹窄,所受到的阻礙也越大。因而GFL-VRLA蓄電池內(nèi)阻要比AGM-VRLA蓄電池大。
然而試驗(yàn)結(jié)果表明,GFL-VRLA蓄電池的大電流放電性能仍然很好,完全滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)蓄電池大電流放電性能的要求。這是由于多孔電極內(nèi)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。
4.熱失控
熱失控指的是閥控式密封鉛酸蓄電池在充電后期(或浮充狀態(tài))由于沒有及時(shí)調(diào)整充電電壓,使閥控式密封鉛酸蓄電池的充電電流和溫度發(fā)生一種累積性的相互增強(qiáng)作用,此時(shí)閥控式密封鉛酸蓄電池的溫度急劇上升,從而導(dǎo)致閥控式密封鉛酸蓄電池槽膨脹變形,失水速度加大,甚至使閥控式密封鉛酸蓄電池?fù)p壞。
上述現(xiàn)象是AGM-VRLA蓄電池在使用不當(dāng)時(shí),而出現(xiàn)的一種具有很大破壞性的現(xiàn)象。這是由于AGM-VRLA蓄電池采用了貧液式緊裝配設(shè)計(jì),隔板中必須保持10%的孔隙不準(zhǔn)電解液進(jìn)入,因而AGM-VRLA蓄電池內(nèi)部的導(dǎo)熱性差,熱容量小。充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧到達(dá)負(fù)極和負(fù)極鉛反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量,如不及時(shí)導(dǎo)走,則會(huì)使AGM-VRLA蓄電池溫度升高;如若沒有及時(shí)降低充電電壓,則充電電流就會(huì)加大,析氧速度增大,又反過來使AGM-VRLA蓄電池溫度升高。如此惡性循環(huán)下去,就會(huì)引起熱失控現(xiàn)象。
GFL-VRLA蓄電池的電解液量與普通鉛酸蓄電池相當(dāng),極群周圍及與槽體之間充滿凝膠電解質(zhì),有較大的熱容量和散熱性,不會(huì)產(chǎn)生熱量積累現(xiàn)象。結(jié)合30余年GFL-VRLA蓄電池的運(yùn)行實(shí)踐還沒有發(fā)現(xiàn)GFL-VRLA蓄電池有熱失控現(xiàn)象。
5.使用壽命
影響閥控式密封鉛酸蓄電池使用壽命的因素很多,既有閥控式密封鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)和制造方面的因素,又有用戶使用和維護(hù)條件方面的因素。就前者而言,正極板柵耐腐蝕性能和閥控式密封鉛酸蓄電池的水損耗速度是兩個(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(jù)板柵腐蝕速度推算,閥控式密封鉛酸蓄電池的使用壽命可達(dá)10~15年。然而從閥控式密封鉛酸蓄電池使用結(jié)果來看,水損耗速度卻成為影響閥控式密封鉛酸蓄電池使用壽命的最關(guān)鍵性因素。
由于AGM-VRLA蓄電池采用貧液式設(shè)計(jì),閥控式密封鉛酸蓄電池容量對(duì)電解液量極為敏感。閥控式密封鉛酸蓄電池失水10%,容量將降低20%;損失25%水份,AGM-VRLA蓄電池壽命結(jié)束。然而GFL-VRLA蓄電池采用了富液式設(shè)計(jì),電解液密度比AGM-VRLA蓄電池低,降低了板柵合金腐蝕速度;電解液量也比AGM-VRLA蓄電池多15%~20%,對(duì)失水的敏感性較低。這些措施均有利于延長GFL-VRLA蓄電池使用壽命。根據(jù)德國陽光公司提供的資料,膠體電解液所含的水量足以使GFL-VRLA蓄電池運(yùn)行12~14年。GFL-VRLA蓄電池投入運(yùn)行的年,水損耗為4%~5%,隨后逐年減少,投入運(yùn)行4年以后,每年水耗損只有2%。
6.復(fù)合效率
復(fù)合效率是指充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧氣被負(fù)極吸收復(fù)合的比率。充電電流、閥控式密封鉛酸蓄電池溫度、負(fù)極特性和氧氣到達(dá)負(fù)極的速度等因素,均會(huì)影響閥控式密封鉛酸蓄電池的氣體復(fù)合效率。壽光鉛酸蓄電池壽光AGM隔板
根據(jù)德國陽光公司提供的GFL-VRLA蓄電池產(chǎn)品說明書介紹,GFL-VRLA蓄電池產(chǎn)品使用初期,氧復(fù)合效率較低,但運(yùn)行數(shù)月之后,復(fù)合效率可達(dá)95%以上。這種現(xiàn)象也可以從GFL-VRLA蓄電池的失水速度得到驗(yàn)證,GFL-VRLA蓄電池運(yùn)行年失水速度較大,達(dá)到4%~5%,以后逐漸減少。膠體電解質(zhì)在形成初期,內(nèi)部沒有或極少有裂縫,沒有給正極析出的氧提供足夠的通道。隨著膠體的逐漸收縮,則會(huì)形成越來越多的通道,那么氧氣的復(fù)合效率必然逐漸提高,水損耗也必然減少。
AGM-VRLA蓄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(fù)合效率很高,新AGM-VRLA蓄電池可以達(dá)到98%以上。