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什么是AGM电池的“内氧循环”?

2023-05-11 21:28:33 点击:

在满液式电池中,过度充电期间产生的气体被排放到大气中。 但是在阀控式电池中,由于在两个极板上发生了某些反应,因此产生的气体可以忽略不计。 VR电池在过充过程中,正极板放出的氧气通过AGM的不饱和孔隙(或凝胶电解质中的裂缝)到达负极板,与负极板中的铅结合形成氧化铅。 氧化铅对硫酸有很大的亲和力,因此它会立即转化为铅

在制造 VRLA 电池时,按计算量填充酸。
形成过程完成后,多余的电解质(如果有)通过循环过程从电池中去除。 在循环开始时(当细胞被超过 96% 的孔隙填充时),氧循环以低效率运行,从而导致水分流失。 当电解质饱和度降至96%以下时,氧循环效率提高,水分流失减少。

VR电池充电过程中产生的氧气和H+离子(反应 A) 通过 AGM 隔膜中可用的不饱和孔隙或凝胶电解质结构中的裂缝和裂缝到达负极板,在那里它与活性铅结合形成 PbO,PbO 转化为 PbSO4。 在这个过程中也会形成水(反应 B) 伴随着一些热量的产生。

(在富液式铅酸电池中,这种气体扩散是一个缓慢的过程,H2 和 O2 全部排出。一部分充电电流用于有用的充电反应,而一小部分电流用于在氧循环反应中。最终结果是水不是从电池中释放出来,而是进行电化学循环以吸收超出用于充电反应的过量过充电电流。)

PbSO 4通过电化学途径转化为 Pb 和 H 2 SO 4 (反应 C) ,通过与正极板上水在充电时分解产生的氢离子反应。

反应如下:

在正极板:

2H 2 O → 4H + + O 2 ↑ + 4e  (A)

在负极板:

2Pb + O 2 + 2H 2 SO 4 → 2PbSO 4 + 2H 2 O +热 (B)

2PbSO 4 + 4H + + 4e− → 2Pb + 2 H 2 SO 4 (C)

产生的水通过隔板扩散到正极板,从而恢复电解分解的水。

上述过程形成氧循环。 后者大大减少了电池在充电和过充电过程中的失水,使其免维护。

在 VRLA 电池开发的早期,人们认为 VRLA 电池必须具有 100% 有效的氧气复合效率,前提是这将确保没有气体排放到外部大气中,从而最大限度地减少水分流失。 然而,近年来,很明显 100% 的氧复合可能是不可取的,因为这可能导致负极板退化。 析氢和栅极腐蚀的二次反应在铅酸蓄电池中非常重要,可能对 VRLA 电池的行为产生重大影响。

两个反应的速率需要平衡,否则,其中一个电极(通常是负极)可能无法充满电。 负极实际上可能会在可逆电位下自放电,因此其电位必须升至该值以上(即变得更负)以补偿自放电并防止容量下降 [MJ Weighall in Rand, DAJ;莫斯利,PT;加什。 J; Parker, CD(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 6, page 177]。

阀控和溢流铅酸电池的充电
图片来源:PG Balakrishnan 博士的素描

吸收性玻璃毡隔板的实际结构对氧复合效率有重要影响。 具有高表面积和小平均孔径的 AGM 隔板可以将酸吸到更高的高度,并提供更高的氧气扩散阻力。 这可能意味着使用具有高百分比细纤维的 AGM 隔板,或包含例如有机纤维的混合 AGM 隔板。