VRLA蓄電池的工作特點(diǎn)

眾所周知，VRLA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(yīng)該有著與開口式鉛酸電池同樣的工作原理。這就是說VBLA電池實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和能量儲存的載體與開口式的是一樣的，其參加電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)也是一樣的，都是在充電時，正極由硫酸鉛(PbSO4)轉(zhuǎn)化為二氧化鉛(Pb02)后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在正極板中;負(fù)極由硫酸鉛(PbSO4)轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛(海綿狀Pb)后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在負(fù)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(xué)能轉(zhuǎn)換成電能向負(fù)載供電，負(fù)極由海綿狀鉛(海綿狀Pb)變成硫酸鉛(PbSO4)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能向負(fù)載供電。當(dāng)然，肯定是要由正極和負(fù)極同時以同當(dāng)量同狀態(tài)下(如充電或放電態(tài))進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)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(dú)或由負(fù)極單獨(dú)來完成上述電化學(xué)反應(yīng)的。由此可知，如果一只電池中正極板是好的，而負(fù)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(fù)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(zhuǎn)換的物質(zhì)量(活性物質(zhì)的量)與負(fù)極板中可以參加能量轉(zhuǎn)換的物質(zhì)量(活性物質(zhì)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(fèi)，而且每一種參加電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)與另一物質(zhì)相匹配的量都是不同的，科學(xué)家們把每一種物質(zhì)可將一個安培小時的電量(1從)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來的該物質(zhì)的這個量叫做電化當(dāng)量(即電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的相當(dāng)物質(zhì)的量)。每一種活性物質(zhì)的電化當(dāng)量都是由其電化反應(yīng)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(nèi)容(包括電化當(dāng)量)可以用如下電化學(xué)反應(yīng)方程式來表示：PbO2+Pb+2H2S04←→2PBS04+2H20

當(dāng)上述電化學(xué)反應(yīng)式由左向右進(jìn)行時，是電池的放電反應(yīng)。當(dāng)上述電化學(xué)反應(yīng)式由右向左進(jìn)行時，是電池的充電反應(yīng)。

從該電化學(xué)反應(yīng)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(fù)極必須有1個克分子量的海綿狀鉛，同時還應(yīng)有2個克分子量的硫酸參與這個放電過程才能順利進(jìn)行。利用法拉弟定律中的法拉弟常數(shù)，通過上述電化學(xué)反應(yīng)方程式，經(jīng)過計算后得知：二氧化鉛的電化當(dāng)量為41.46g/從，海綿狀鉛的電化當(dāng)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(zhì)，同時負(fù)極必須有33.87g海綿狀鉛活性物質(zhì)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(fù)極要有3387g海綿狀鉛才能實(shí)現(xiàn)。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(zhì)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(zhì)量好的根本原因所在。當(dāng)然，這里列出的電化當(dāng)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(xué)反應(yīng)方式一樣的相同工作原理外，它還有著與開口鉛酸蓄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(chǎn)生氧氣，由于VRLA電池是全密封的，產(chǎn)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(fā)到電池體外去，產(chǎn)生的氣體會在電池槽內(nèi)積聚。隨著電池內(nèi)部積聚的氣體量的不斷增多，電池內(nèi)部的壓力逐漸上升。正因?yàn)殡姵貎?nèi)部存在著一定的內(nèi)壓，正極產(chǎn)生的氧氣會跑到負(fù)極上。由于正極上生成的是氧原子，而氧原子又具有很強(qiáng)的氧化性，這種具有強(qiáng)氧化能力的氧原子跑到負(fù)極后，會將負(fù)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(yīng)生成硫酸鉛和水，硫酸鉛正好又是負(fù)極放電的產(chǎn)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(chǎn)生的氧而生成氧化鉛，這樣周而復(fù)始的反復(fù)進(jìn)行著這一反應(yīng)，正極上產(chǎn)生的氧都被負(fù)極吸收了，再怎么充電也不會有氧氣生成，電池內(nèi)部壓力不會繼續(xù)上升，更用不著擔(dān)心電池會發(fā)生爆炸了。為了防止在特殊情況下電池內(nèi)部由于氣體的聚積而增大內(nèi)部壓力引起電池爆炸，在設(shè)計時，又特地在電池的上蓋中設(shè)置了一個安全閥，當(dāng)電池內(nèi)部壓力達(dá)到一定值時，安全閥會自動開啟，釋放一定量氣體降低內(nèi)壓后，安全閥又會自動關(guān)閉。以上所述，就是ⅧIA電池的陰極吸收原理。正因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)和發(fā)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(dāng)然，要使VRLA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(nèi)部不存在一定的內(nèi)壓，正極生成的氧就不可能跑到負(fù)極被負(fù)極吸收，氧氣就會跑出去，跑掉了氧就等于是電池內(nèi)部的水跑掉了，電池失水了，就應(yīng)補(bǔ)水，需要補(bǔ)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(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，用戶在挑選電池時應(yīng)高度重視這一問題，哪怕是稍微有一點(diǎn)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(xiàn)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，也會引起電池組中各電池電壓的不均衡而形成惡性循環(huán)。郵電部YD/T799標(biāo)準(zhǔn)中為何要規(guī)定電池的氣體復(fù)合率在95%以上，其原因就在于此。

當(dāng)然，要使VRLA電池的陰極吸收得以很好的進(jìn)行，要保證它的氣體復(fù)合率高，產(chǎn)生的氣體基本上都生成水又回到電池內(nèi)，除了氣密性是一個很重要的問題外，還應(yīng)考慮與之配套的措施是否得力。例如：在結(jié)構(gòu)上，VRLA電池必須是貧液式的，要留出足夠的空間和通道讓正極產(chǎn)生的氧能迅速而又順暢的跑到負(fù)極而被負(fù)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(xì)玻璃纖維隔板應(yīng)該有足夠大的孔率，以保證正極產(chǎn)生的氧能通過隔板的小孑L跑到負(fù)極被吸收。因此，VBLA電池所用隔板的質(zhì)量好壞也是一個至關(guān)重要的問題。

VRLA電池在充電時正極產(chǎn)生的氧因?yàn)楸回?fù)極吸收了，而可以將開口的做成密封電池了，那么負(fù)極充電時產(chǎn)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(xué)家們是通過改變負(fù)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(dá)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(dá)到原來數(shù)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(dāng)充電電壓達(dá)到氫離子放電的電位時，氫氣總是要生成的。各生產(chǎn)廠家為什么都會給自己的電池規(guī)定一個在一定范圍內(nèi)的浮充電壓值，其道理就是要控制氫氣的產(chǎn)生，防止電池失水。