国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

鉛酸蓄電池化成過程正極板性能的研究

2014-03-05 07:55丁冬王立
電源技術(shù) 2014年5期
關(guān)鍵詞:負(fù)極板極板電解液

丁冬,王立

(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所,湖北武漢430064)

化成是鉛酸蓄電池生產(chǎn)的重要工序和過程,是蓄電池極板制造的最后一道工序,其過程轉(zhuǎn)化的好壞直接影響蓄電池的性能[1]。隨著放電電流的增大,蓄電池中極板(尤其是正極板)的活性物質(zhì)利用率迅速下降,因此必須設(shè)法提高正極活性物質(zhì)的利用率。在蓄電池化成過程中,經(jīng)常出現(xiàn)化成后的正極板活性物質(zhì)中PbO含量超標(biāo)、PbO2含量不達(dá)標(biāo)的情況,問題的原因就在于化成過程中正極板活性物質(zhì)PbO轉(zhuǎn)化率不夠,未能轉(zhuǎn)化為以PbO2為主體的物相結(jié)構(gòu)。本文通過改變蓄電池化成的工藝參數(shù),對影響正極板活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的各個(gè)因素進(jìn)行了研究和分析。

1 鉛酸蓄電池化成過程

極板化成是指利用化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)使極板轉(zhuǎn)化成具有電化學(xué)特性的正、負(fù)極板的過程。化成以前的極板鉛膏物質(zhì)由PbO、Pb、PbSO4、3 PbO·PbSO4·H2O等物質(zhì)組成,通過化成使得正生極板鉛膏物質(zhì)轉(zhuǎn)化成以PbO2為主體的物相結(jié)構(gòu)而形成正極板,同時(shí)使負(fù)生極板鉛膏物質(zhì)轉(zhuǎn)化成以絨狀Pb為主體的物相結(jié)構(gòu)而形成負(fù)極板,使其具備電化學(xué)反應(yīng)的條件。RAND等[2]研究認(rèn)為化成過程可分為連續(xù)的兩階段,在第一階段中,化學(xué)反應(yīng)占主導(dǎo)作用,而在第二階段,電化學(xué)反應(yīng)占主導(dǎo)作用。

1.1 化學(xué)反應(yīng)

化成初期將生極板在稀硫酸溶液中進(jìn)行浸漬,鉛膏中的堿性物質(zhì)(PbO、3 PbO·PbSO4等)與稀硫酸溶液發(fā)生中和反應(yīng),該反應(yīng)中,生極板鉛膏物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辂}類物質(zhì)PbSO4。

1.2 電化學(xué)反應(yīng)

極板化成是用直流電源在正負(fù)極板組成的兩極間施加電位差,形成電流通過電極而實(shí)現(xiàn)電極物質(zhì)的氧化-還原反應(yīng),生成PbO2和Pb。

正極氧化反應(yīng):

負(fù)極還原反應(yīng):

2 正極板活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的影響因素

2.1 化成電量的影響

將生極板(批次編號分別為1、2、3、4)通過正常工藝化成完成后分別取樣,分析熟極板中PbO含量;取批次號為1、2的部分極板,在正常工藝的化成最后一個(gè)階段繼續(xù)補(bǔ)充3 h,再放電30min后分別取樣分析熟極板中PbO含量;將批次號為3、4的極板在正常工藝化成完成后,取其部分極板再按正常工藝進(jìn)行重新化成后,分別取樣分析熟極板中PbO含量,所得分析對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 化成電量對PbO轉(zhuǎn)化率的影晌

通過以上三個(gè)方案的數(shù)據(jù)對比分析可知:3 h補(bǔ)充化成后PbO含量略微下降,而重復(fù)化成后PbO含量有較明顯的下降,說明加大化成電量對PbO的轉(zhuǎn)化率有一定的影響。短時(shí)間的補(bǔ)充化成對PbO的轉(zhuǎn)化率沒有明顯的影響,而長時(shí)間的化成對提高PbO的轉(zhuǎn)化率有一定的促進(jìn)作用。

2.2 化成電解液的影響

極板化成所使用的稀硫酸電解液是實(shí)現(xiàn)極板活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要組成部分,其純度、密度及數(shù)量都對極板的化成質(zhì)量產(chǎn)生極其重要的影響。

化成電解液中存在一些如硝酸及硝酸鹽、鹽酸、醋酸等有害雜質(zhì),這些雜質(zhì)在化成過程中會與極板活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),加快極板表面活性物質(zhì)的腐蝕。在化成的初期,中和反應(yīng)消耗硫酸的速度大于電化學(xué)反應(yīng)生成的硫酸速度,隨著化成的進(jìn)行,電解液的密度會逐漸增加,如果電解液的數(shù)量充足,則電解液含量的變化對密度帶來的變化就較小,如果電解液數(shù)量較少,則會使得化成過程中電解液密度變化較大,造成極板深處的化成困難,會阻礙正極板活性物質(zhì)PbO的轉(zhuǎn)化,從而引起化成不徹底。

本文設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來研究電解液對極板PbO轉(zhuǎn)化率的影響:

(1)更換化成液后,化成工藝參數(shù)不變,按正常工藝化成,該批極板編號為5;

(2)更換化成液后,化成工藝參數(shù)不變,按正常工藝化成干燥之后再進(jìn)行105 A充電5.5 h,放電30min后干燥,該批極板編號為6。

以上兩個(gè)方案的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。通過數(shù)據(jù)對比分析可以看出:電解液更換后極板PbO含量由13.97%下降為11.23%,說明更換電解液對PbO轉(zhuǎn)化率有一定的促進(jìn)作用;更換化成電解液并增加化成電量后極板PbO含量由17.43%降為11.94%,下降較為明顯,大幅度提高了PbO的轉(zhuǎn)化率,進(jìn)一步驗(yàn)證了增加化成電量對提高PbO的轉(zhuǎn)化率有促進(jìn)作用。

表2 更換電解液后極板PbO的含量

2.3 浸漬時(shí)間的影響

極板的浸漬過程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程,初期浸漬的時(shí)間不能太長,如果浸漬時(shí)間過長,極板上易生成難以化成轉(zhuǎn)化的硫酸鉛層。有研究指出[3],浸酸步驟的持續(xù)時(shí)間將強(qiáng)烈地影響化成步驟的機(jī)理,而化成中的機(jī)理又在很大程度上決定了化成后活性物質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。因此,浸酸時(shí)間影響著蓄電池的容量和循環(huán)壽命。

在化成過程中驗(yàn)證了極板浸泡時(shí)間的長短對PbO轉(zhuǎn)化率的影響。對批次號為7的極板進(jìn)行取樣,分別浸泡10 min、2 h 50m in、3 h 50m in進(jìn)行驗(yàn)證;對批次號為8的極板進(jìn)行取樣,分別浸泡2 h、3 h 15min、3 h 50min進(jìn)行驗(yàn)證。所測得的對比數(shù)據(jù)見表3。

表3 浸泡時(shí)間對PbO轉(zhuǎn)化率的影晌

從表3可以看出:對于批次號為7的極板,隨著浸漬時(shí)間的延長,PbO含量逐漸上升,說明PbO的轉(zhuǎn)化率在逐漸下降;對于批次號為8的極板,當(dāng)浸漬時(shí)間超過3 h后,PbO的轉(zhuǎn)化率反而下降了,所以控制合適的浸漬時(shí)間(一般為3 h左右)對正極板的PbO轉(zhuǎn)化是有利的。

2.4 化成電解液溫度的影響

溫度是化成的重要參數(shù),控制好化成溫度是保證極板有合理的晶體結(jié)構(gòu)和最優(yōu)成分的重要條件。在整個(gè)化成過程中,前期的中和反應(yīng)是放熱反應(yīng),后面的電化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng),控制好化成過程中電解液的溫度對極板化成的質(zhì)量至關(guān)重要。

一般情況下化成溫度應(yīng)低于60℃,負(fù)極板被認(rèn)為在40℃化成時(shí)能提高冷起動性能,而正極板則適宜在50℃下化成,電解槽溫度處于15~25℃最好。如果溫度低于5℃,負(fù)極板會發(fā)生脫落,正極板容易發(fā)生剝皮現(xiàn)象;而電解液溫度高于45℃時(shí),容易化成不均勻,進(jìn)一步加劇正負(fù)極板上氣體的析出,極板與活性物質(zhì)及活性物質(zhì)之間的結(jié)合力會降低,活性物質(zhì)容易脫落。

為了驗(yàn)證化成下槽溫度對PbO轉(zhuǎn)化率的影響,設(shè)計(jì)了如下方案:

(1)所有生極板入槽前均放入固化室,30℃保溫3 h以上,極板分批做好標(biāo)識,批次編號分別為9、10、11、12;

(2)在前批極板出槽后,迅速調(diào)整化成液液面,記錄化成液密度及溫度,記錄完畢后,立刻開始生極板入槽,所有極板保證浸泡時(shí)間在2~4 h;極板入槽至開始化成溫度在20℃左右;

(3)利用化成槽電加熱絲來控制化成槽溫度,使批次號為9的極板的槽溫為10℃,批次號為10的極板的槽溫為20℃,批次號為11的極板的槽溫為35℃;批次號為12的極板的槽溫為50℃;化成完成后對各批極板活性物質(zhì)中PbO含量進(jìn)行分析,結(jié)果見表4及圖1。

表4 電解液溫度對PbO含量的影晌

圖1 電解液溫度與PbO含量的關(guān)系

從圖1可以看出,在電解液溫度較低時(shí),化成電解液溫度越高,PbO轉(zhuǎn)化率越高,但是當(dāng)電解液溫度超過50℃后,PbO轉(zhuǎn)化率逐漸下降,原因可能是溫度過高使得極板氣體加劇析出,導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落,所以化成槽溫度控制在15~25℃范圍內(nèi)較好。

3 結(jié)論

(1)化成是一個(gè)復(fù)雜的過程,改變蓄電池化成的工藝參數(shù),如加大化成電量、補(bǔ)充化成、更換化成電解液、改變浸漬時(shí)間及化成電解液的溫度,對提高正極板活性物質(zhì)PbO2的含量有較明顯的影響。

(2)加大化成電量對PbO的轉(zhuǎn)化率有一定的影響,短時(shí)間的補(bǔ)充化成對PbO的轉(zhuǎn)化率沒有明顯的影響,而長時(shí)間的化成對提高PbO轉(zhuǎn)化率有一定的促進(jìn)作用。

(3)更換化成電解液并增加化成電量后極板PbO含量由17.43%降為11.94%,大幅度提高了PbO的轉(zhuǎn)化率,進(jìn)一步驗(yàn)證了增加化成電量對提高PbO的轉(zhuǎn)化率有一定的影響。

(4)隨著浸漬時(shí)間延長,PbO含量逐漸上升,當(dāng)浸漬時(shí)間超過3 h后,PbO的轉(zhuǎn)換率反而下降了,所以控制合適的浸漬時(shí)間(一般為3 h左右)對正極板的PbO轉(zhuǎn)化是有利的。

(5)在電解液溫度較低時(shí),化成電解液溫度越高,PbO轉(zhuǎn)化率越高,當(dāng)電解液溫度超過50℃后,溫度過高使得極板氣體加劇析出,導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落,PbO轉(zhuǎn)化率逐漸下降,所以化成槽溫度控制在15~25℃范圍內(nèi)較好。

[1] 包有富,尹鴿平,林道勇.VRLA電池正極失效機(jī)理研究[J].電池,2003,33(2):96-98.

[2] RAND D A J,MOSELEY P T,GARCHE J,et al.Valve-regulated Lead-acid Batteries[M].Amsterdam,Netherlands:Elsevier B V,2004.

[3] DREIER I,SAEZ F,SAEZ P,et al.Investigation on soaking and formation of lead-acid battery plates w ith differentmass structure[J].Journalof Power Sources,2000,85:117-130.

猜你喜歡
負(fù)極板極板電解液
正生極板固化異?!昂谛尽爆F(xiàn)象的研究
一種新型微球聚焦測量極板設(shè)計(jì)及應(yīng)用*
平行流銅電解液凈化一次脫銅生產(chǎn)實(shí)踐
高頻電刀非手術(shù)區(qū)皮膚灼傷的原因分析及防范對策
電容器與帶電粒子在電場中的運(yùn)動測試題
燃料電池雙極板制備工藝及其熱壓機(jī)設(shè)計(jì)研究
防過充鋰離子電池電解液添加劑的研究
硫酸鋅電解液中二(2-乙基己基)磷酸酯的測定
老年患者手術(shù)期高頻電刀使用障礙的原因分析與護(hù)理
鋅空氣電池準(zhǔn)中性電解液的研究