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蓄電池中的電解液密度是怎樣的

人氣:發表時間:2022-02-23 17:14
充分考慮蓄電池的容量和酸液的腐蝕,現在電解液的標稱密度允許有±0.01kg/l的誤差。但是,以下的介紹會證實,一些其它的因素也起著重要的作用。隨著酸液濃度的增加,腐蝕會進一步加重。隨后穩定在某個范圍內(大約1.18-1.24kg/l),標稱密度通常約為1.20kg/l。低于1.18kg/l尤其是在小于1.15kg/l時,會引起腐蝕的進一步加重。在硫酸水溶液的濃度比較低的情況下,鉛不穩定,這只是一個極端的狀況。
到目前為止,我們沒有特別確定的典型酸液密度,1.27kg/l(牽引型),1.29kg/l(牽引型,高性能),1.28kg/l(起動型)。事實上,它們同處在一個濃度范圍,在這個范圍內,腐蝕已經加重了。
但是,在這方面并沒有具體的研究和統計數據。不管是在文獻中,或是在歷史上,都沒有。自然,每一件事情從技術上說都是說得過去的,但還有大量的歷史背景資料。
技術背景:
當鉛酸蓄電池充電的時候,濃硫酸在活性物質的孔隙之中形成。要與稀硫酸混合,濃硫酸必須達到活性物質的外部。大家都知道,濃硫酸更重一些,因而,在離開活性物質后,沉淀到底部。硫酸的相互混合必須要依靠氣體或者依靠電解液的人工攪拌。假如這樣的混合長期不能夠反應,極板就會損壞,尤其是在極板的底部。因為陽極在極板的底部,酸液的濃度更高(酸的分層)。濃硫酸對鉛的腐蝕更加嚴重,以至于正極板的鉛被氧化為PBO2,負極板上的鉛,尤其是活性物質,被轉化成PBSO4,它的沉降造成負極板的“脫落”。另一方面,鉛在很稀的硫酸中也不穩定,會反應溶解。濃硫酸而且更加粘稠,在活性物質的孔隙之中,濃硫酸很牢靠,很難離開極板。對于薄板來說,這個過程相對快一些,對厚極板來說(固定型),濃硫酸在孔隙之中的存在時間顯然要長。這就是固定型蓄電池酸的濃度較低的原因之一。應該如何降低酸的濃度,以減小腐蝕,延長壽命,都還沒得出具體的結果。這就需要一方面從使用壽命與應用方式(循環工作或純浮充)的依存關系上,另一方面應在歷史背景的基礎上開展評估。

 
歷史背景:
1.固定型蓄電池
在純浮充模式下,限制蓄電池使用壽命的腐蝕過程僅在正極組分上進行(陽極氧化),而負極組分處在持續的還原過程中,鉛保持穩定。當然,也可通過改變酸的濃度改變有些腐蝕速度,僅在陽極過程,不過結果并不明顯,不然的話,蓄電池制造商便會長期使用這個條件。
在這方面,還沒有任何具體的數據。同時,有些其他的影響因素也很重要。例如:浮充電壓在2.20到2.25V/單體,蓄電池的使用壽命維持在最佳。
不過,純浮充和備用電源的使用模式在較長一段時期內不被人們所了解,之前,固定型蓄電池幾乎一直處在循環的狀態。(緩沖使用),因而以上關系仍是合適的。
鑒于以上的原因,1.20kg/l的酸液標稱密度知道50年代中期,一直是使用標準。隨著蓄電池尺寸(容量)標準的提高,德國郵電部門提出了固定型蓄電池的技術規范,以確保在相同的空間內,獲得更大的容量。這造成了1.24kg/l酸液標稱密度的使用。普蘭特(大面積)極板蓄電池采用了一種略為不同的方法,沿用了英國25Ah和100Ah的極板,采用1.20kg/l的酸液密度時,容量不足,另一方面,采用1.24kg/l的酸液密度時,容量過剩,這在蓄電池使用中是沒有必要的,因而,1.22kg/l的酸液密度是這種類型蓄電池的不二選擇。
在溫度持續增加的條件下(例如在熱帶地區),酸液密度恢復到1.20kg/l是可能的。因為在更高的溫度下,可使用的容量更大。在這些條件下,有些腐蝕過程也更為緩慢,這是酸液密度降低的結果。(溫度對酸液密度有補償影響?)也許有不同的因素在起作用(例如,在更熱的環境中水的消耗更多,造成酸的密度增加)。
固定型蓄電池的循環工作模式(太陽能應用)與酸密度的關系,更為明顯,當然,牽引型蓄電池也是這樣。
在循環工作中,循環次數所表征的蓄電池使用壽命可能通過降低電解液的標稱密度獲得延長,當然,不是在通常的放電深度下,例如:80%,而是在更低的放電深度。
例如:光伏用蓄電池是這樣設計的,酸液密度為1.24kg/l,按一定的終止電壓,80%放電,酸液密度降低到1.14kg/l(假定情況)。酸液密度下降了0.1kg/l。如果標稱酸液密度降到1.19kg/l,在相同的終止電壓下,酸密度則降低了0.05kg/l。這時只放出了40%的標稱容量。因而,如果采用這種組合,就可能獲得循環次數的2倍,不過,只能獲得電量的一半??傮w而言,在電池壽命終止之前,都是獲得相同的電量轉化。因而,不可能從蓄電池中多獲得什么。
以上的考慮也可用于牽引型蓄電池。
2.牽引型蓄電池
在這里,順帶提一下,牽引型蓄電池的標稱電解液密度也為1.24kg/l。然而,在某一時期,蓄電池制造商們在沒有增大容器體積的條件下,提高了蓄電池的容量,這結果造成了現在通常使用的電解液密度1.27kg/l。
根據以上示例,可以清楚的獲得循環條件:
---放電≤80%
---放電時,電解液的最終密度在1.13kg/l左右。(視酸液量與電池大小而定)
---酸液的標稱密度降低,循環周期數對應的增加
問題僅出現于:這對使用人員會帶來好處嗎?任何好處都沒有,因為每次循環安時數越少,蓄電池最終被充電的次數也就越多。
3.起動型蓄電池
盡管腐蝕過程在這里更為劇烈,不過為了防止容量的損失,希望依然維持之前的1.28kg/l的標稱酸液密度。一個可以選擇的方法,即降低酸液的密度,增加酸液的劑量。不過不能夠被采納,因為容器的尺寸預先早已定好了。(對牽引型蓄電池也是這樣)
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