详解胶体蓄电池结构

发布时间:2022-10-28

1. 胶体铅酸动力电池的特点。

  铅酸蓄电池是军事和民用领域应用最广泛的电化学电源。由于它使用的是硫酸电解液,在运输过程中会有酸液流出,充电时会有酸雾流出,对环境和设备造成损害,人们试图“修复”电解液时,把铅酸动力电池“密封”起来,所以使用胶体电解质的铅酸动力电池应运而生。胶体铅酸动力电池简单地说就是使用胶体电解液的铅酸动力蓄电池,胶体铅酸蓄电池属于铅酸电池的一种,最简单的方法是在硫酸中加入一种胶凝剂,使硫酸电解液变成胶体。

  胶体铅酸动力电池与普通铅酸动力蓄电池的不同之处,不仅在于电解液转变为胶凝型,还在于进一步开发了电解液基础结构的电化学特性,以及在格栅和活性物质中的应用和推广。如,采用非凝固型固态水基胶体铅酸动力电池,从电化学分类和特性上看同为胶体铅动力电池。另一个例子是在栅极中使用了聚合物材料,俗称陶瓷栅极,这是胶体铅酸动力电池的特性。近年来,一些实验室在板材配方中加入了一种靶向偶联剂,大大提高了板材活性物质的利用率。

  胶体的质量和灌装工艺对胶体铅酸动力电池的质量有重要的影响,而胶体铅酸动力电池的设计、制造工艺和应用条件(尤其是充放电工艺)都制约着胶体铅酸动力电池的性能。凝胶的特性必须与电池的结构和使用条件相适应。阀控式密封铅酸动力电池的结构和运行条件有利于胶体的稳定性,胶体的性能更加完善。现代优良的胶体铅酸动力电池都是基于阀控密封铅酸动力电池工艺生产的,而用普通铅酸动力电池半成品不经改动制成的胶体铅酸动力电池也是近来颇有争议的问题。

  胶体填充、胶体稳定性和保证胶体铅酸动力电池容量是胶体铅动力电池的三大关键技术,德国阳光公司生产的胶体铅蓄电池胶体粘度很低,用常压自然的方法填充胶体铅电池。即使是大型的胶体铅酸动力电池也像稀硫酸一样充满。胶体在铅酸动力电池中是完全凝胶化的,在极组内外均为均匀的膏状胶体,在胶体蓄电池的整个寿命期内不存在液化现象。

  阳光公司的技术是目前世界上最先进的Dryfit系列胶体铅酸动力电池安全可靠,寿命长。而,阳光公司生产的胶体铅酸动力电池的比能和大电流放电量均小于超细玻璃纤维隔膜阀控铅酸动力蓄电池。此外,该太阳能公司的极板形成过程复杂,生产周期长,某些型号的胶体铅酸动力电池需要10次充放电循环才能出厂。降低了生产效率,增加了产品成本,不利于大规模的产品开发和市场竞争。

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2. 一种胶体铅酸动力电池的结构。

    阀控式密封铅酸动力电池对电解液的固定方式有两种,一种是采用超细玻璃纤维隔膜固定电解液,另一种则是胶体结构,即通过胶体固定电解质。美国的C&D Technologies公司将这两种方法结合起来固定电解液,称之为复合技术。在胶体铅酸动力电池的定义中,只有电解液被提到为胶体(更直观的理解是果冻),没有关于隔膜使用的规定,所以只要用胶体固定电解液,电池就可以称为胶体铅酸蓄电池。

    不管使用液体二氧化硅和气相二氧化硅,其凝胶化的原理是一样的,它们之间存在颗粒大小和纯度的差异,所以添加电池后,对电池的性能有比较大的影响。凝胶的强度与二氧化硅和酸的含量成正比。强度越大,越不容易水合和破裂。

    铅酸动力电池的内阻与胶体中二氧化硅的含量成正比,因此胶体铅酸动力蓄电池的高倍率(3C以上)放电特性都比相同结构的联邦农业抵押贷款VRLA电池差。然而,额定容量比相同结构的联邦农业抵押贷款-VRLA电池大5%至10%。胶体铅酸动力电池采用PVC-SiO2或酚醛树脂等特殊隔板,由于二氧化硅含量高,使其额定容量小于联邦农贷-VRLA电池。如果用聚氯乙烯或聚乙烯作为隔离剂,二氧化硅的含量必须相当高,才能形成稳定的胶体。采用该复合技术生产的胶体铅酸动力电池的浮充寿命是同结构的联邦农业抵押-VR LA电池的1.5~2倍,循环容量可提高20%。

    世界上生产铅酸动力电池的各大公司几乎都生产胶体铅酸动力蓄电池,如:德国的阳光,哈根,德卡,特洛伊,爱克斯德,SEC等,在美国,但日本的汤浅不生产胶体铅酸动力电池,但其UXL系列电池有胶体组件,其主要作用是减少电解液的分层。在应用方面主要在太阳能、风力发电、动力蓄电池等方面,其市场比较大,价格比AGM-VRLA蓄电池高20%左右。

    在国内的大企业中,有双登、深圳雄韬等公司生产胶体铅酸动力电池,双登的GFM系列采用管式极板,一般采用PVC-SiO2隔板和酚醛树脂隔板。经过三年的研究,广东番禺恒大电池总厂课题组已经开发出两种胶体铅酸动力电池,一种是采用与C&D Technologies相同的联邦农业抵押分离器,另一种则采用与DEKA相同的PVC-SiO2分离器。

    胶体铅酸动力电池是对液体电解质电池的改进。用胶体电解液代替液体电解液,可提高蓄电池的安全性、蓄电池容量、放电性能和使用寿命。胶体铅酸动力电池采用凝胶状电解液,内部无游离液体,在相同体积下电解液容量大。热容量大,散热性强,可避免联邦农贷-VRLA蓄电池易出现热失控现象。胶体铅酸动力电池的电解液浓度较低,对极板的腐蚀作用较弱。浓度均匀,无电解液分层现象。

    胶体铅酸动力电池性能稳定,可靠性高,使用寿命长,对环境温度(高低温)适应性强。能承受长时间放电、循环放电、深度放电和大电流放电,具有过充、过放自保护等优点。

    胶体铅酸动力电池在使用的早期阶段不能使氧气循环,因为胶体包围着正极和负极板。正极板上方产生的氧气不能扩散到负极板,负极板上的活性物质铅不能被还原,氧气只能通过排气阀排出,这与富液铅酸动力电池是一致的。

    胶体铅酸动力电池使用一段时间后,胶体开始开裂收缩,产生裂纹,氧气通过裂纹直接进入负极板进行氧气循环。排气阀不再经常打开,胶体铅酸动力电池进入密封工作,失水少。胶体电解质中加入胶体稳定剂和相容剂,某些胶体配方中还加入了延缓剂,以延缓胶体凝固,从而便于胶体的加入。胶体铅酸动力电池电解液的固定方式采用气态二氧化硅和多种添加剂,注入时为液体,可填满电池内的全部空间。


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