阀控式铅酸蓄电池电芯结构:
阀控式铅酸蓄电池极板有点像钢筋水泥板的结构,在合金网状的骨架上涂敷(或者轧制)活性物质形成的。正极板上的物质是二氧化铅(棕褐色),负极板上的物质是海绵状铅(灰色)。每一个正、负极板之间都隔着多孔的超细纤维物质(也有使用二氧化硅胶物质填充的)的隔板,其中吸附着硫酸电解液,这个纤维物质(或硅胶物质)是电池电化学反应过程中液相传输和气相传输的通道,它和正、负极板群被紧密地装配在一起,形成一个2V的电池单体。
本电池组的单体电池采用“2+3”极板结构,即两个正极板、三个负极板,示意图如下:
将电池极板拆开:
敲碎负极板上的灰色海绵状铅,看到内部有金属网格,起支撑作用:
正极板上的棕褐色二氧化铅一敲就碎成粉状,金属网格已被腐蚀:
在这里看见了残存的金属网格:
阀控式铅酸蓄电池的极板主要采用铅钙合金(也有采用铅钙锡铝四元合金或低锑多元合金,各厂家不同),以提高其正负极析气(氢气H2和氧气O2)的电位,达到减少其充电过程中析气量的目的。正极板在充电达到70%时,氧气就开始发生,而负极板达到90%时才开始发生氧气。在生产工艺上,一般情况下正负极板的厚度之比=6∶4,根据这一正、负极活性物质量比的变化,当负极上海绵状Pb达到90%时,正极上的PbO2接近90%,再经少许的充电,正、负极上的活性物质分别氧化还原达95%,接近完全充电,这样可使H2、O2气体析出减少。采用超细玻璃纤维(或硅胶)来吸储电解液,并同时为正极上析出的氧气向负极扩散提供通道。这样,氧一旦扩散到负极上,立即被负极吸收还原为水,从而抑制了负极上氧气的产生,导致浮充电过程中产生的气体90%以上被消除(少量高压气体通过安全阀排放出去,质量好的电池排气极少。)。
由于铅酸蓄电池在充电时极板不可避免的会产生氢气和氧气,当它们产生的过多并且来不及化和成水的时候就会在单格内形成压力。为了保证蓄电池正常安全的工作,每个单格都设有自己的溢气阀,当压力过量时让气体自动逸出。相对于电池槽里装满电解液体的富液电池而言,阀控式密封铅酸蓄电池内部只蕴含着很少的电解液,属于贫液电池。尽管如此,由于设计时电解液有一定的冗余,并且在溢气阀压力的保护下只要使用合理,由气体逸出造成的水损失极小,以至阀控蓄电池的电解液在寿命过程中基本不用补充,因此阀控式密封铅酸蓄电池也被称为免维护蓄电池。
为了让正极释放的氧气尽快流通到负极,免维护蓄电池采用了不同于普通铅酸蓄电池使用的微孔橡胶隔板的新型超细玻璃纤维(AGM)隔板。其孔率由橡胶隔板的50%提高到90%以上,从而使氧气易于流通到负极还原为水。另外,超细玻璃纤维(AGM)隔板具有将硫酸电解液紧紧吸附的功能,因此即使电池倾倒,也无电解液溢出。
在显微镜48倍率下,勉强能看见超细玻璃纤维棉的纹理:
将镜头换为120倍率,看到的超细玻璃纤维棉:
拆蓄电池输出端,也只能暴力撬开:
拆出一个小匣子:
拆开看,是一个五十铃双金属温度保护器,当温度超过65℃时,断开蓄电池供电,保护电池。上下触点都镀金,质量很好,没有拉火花的痕迹:
最后,再上一个取出的形状较好的电芯图,看得更完整:
铅酸蓄电池储存性能:
蓄电池在贮存期间,由于电池内存在杂质,如正电性的金属离子,这些杂质可与负极活性物质组成微电池,发生负极金属溶解和氢气的析出。又如溶液中及从正极板栅溶解的杂质,若其标准电极电位介于正极和负极标准电极电位之间,则会被正极氧化,又会被负极还原。所以有害杂质的存在,使正极和负极活性物质逐渐被消耗,而造成电池丧失容量,这种现象称为自放电。 因此,铅酸蓄电池不能亏电储存,长期不用也必须定时充电,寿命才能长久。
拆后语:
通过拆解,可见免维护铅酸蓄电池的结构简单,制造成本低。但寿命的长短与制造厂家工艺水平、材料材质密切相关,也与使用方法有关。使用时不要摔,避免极板折断失效;长期不用的电池,没有定时充电,也会造成电池过早报废。免维护电池一旦失效,是不可逆的。有的人试图通过加水、加电解液、充电等方式来恢复,只会是徒劳,偶尔有一点电能,也是很短暂的,不值得大家去折腾。
在实际使用中,许多人感到免维护铅酸蓄电池比较娇气、不耐用,这与按照规定使用、正确充电有很大关系,好的UPS可用到10多年,细心呵护会换来长时间的使用寿命。(文中有些原理叙述摘编自网络)
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