蓄電池的四個發(fā)展階段
1.1.1普通鉛酸蓄電池
在50年代,生產(chǎn)的鉛蓄電池叫普通電池,當(dāng)時的產(chǎn)品用戶啟用時都要有“初充電”工藝環(huán)節(jié).電解液注入電池后,電池發(fā)熱,待電解溫度降下來后,進(jìn)行第一次充電.充電后再放出容量,這個循環(huán)叫充放電循環(huán).初充電的工藝過程在早期有6次充電5次放電之多,后隨著技術(shù)的發(fā)展,充放電循環(huán)次數(shù)逐步減少.鐵道部原機務(wù)局曾規(guī)定三充兩放.
為什么要進(jìn)行三充兩放?
三充兩放的目的是檢測蓄電池的實際容量.
    鉛蓄電池電化反應(yīng)方程式是:
    PbO+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4   ......                        (1.1)
    電池放電的條件是右邊的三要素,缺一不可.放出的電容量是按桶板原理組成的,但新電池的放電卻得不到應(yīng)有的容量,這是因為負(fù)板Pb在硫酸電液注入前就被氧化了.
    2Pb+O2=2PbO            .....                                  (1.2)
    在電池生產(chǎn)的化成工序中,生極板變成了熟極板,熟負(fù)極板上的鉛具有高度活化性,從化成槽中取出后,可同空氣中的氧迅速進(jìn)行1.2式的反應(yīng),同時放出大量的熱.于是,極板就由高勢能狀態(tài)降低為低勢能狀態(tài),這個反應(yīng)使負(fù)極板失去了活性.在潮濕的條件下,反應(yīng)進(jìn)行的十分迅速.經(jīng)水洗干燥后,這種反應(yīng)并沒有停止.組裝成電池,直到啟用時仍在進(jìn)行.注入硫酸電解液后.就再次發(fā)生電熱反應(yīng).
      PbO+H2SO4=PbSO4+H20+Q         ......                         (1.3)
    這個反應(yīng)使電池負(fù)極失去了電活性.初充電的充放電循環(huán)目的就是將負(fù)極板活化.

1.1.2發(fā)展到干荷電電池
為了給用戶提供方便,取消初充電工藝環(huán)節(jié),就需要保護(hù)負(fù)極板,使其在生產(chǎn)、儲運過程中不被氧化.這就需要使負(fù)極板活性物質(zhì)具有抗氧化能力,現(xiàn)在采取的技術(shù)措施是:
    ①.在鉛膏配方中添加抗氧化劑,如松香、乙二酸.
    ②.將鉛微粒包裹一層抗氧化劑,如油、硼酸.
    只要將負(fù)極保護(hù)好,不使其氧化,這樣就得到了在未注液前的干狀態(tài)下就能保持其帶電性的荷電極板,簡稱干荷電極板.用干荷電極板組裝電池一旦注液,30分鐘內(nèi)電池就能達(dá)到80%的容量,電池就可投入使用.

1.1.3.發(fā)展到免維護(hù)電池
在電池的使用中,常需要補充水,因為一旦缺水電池就損壞了.補水是件十分麻煩的事,因為許多用戶在需要補水時找不到合格的電瓶水.
電池失水的原因是:
①物理失水:電解液會受熱蒸發(fā).
②化學(xué)失水:由于雜質(zhì)存在,雜質(zhì)與鉛構(gòu)成微電池,使水不斷分解成氣體.
③電化失水:過充電時,當(dāng)充電電壓超過2.3V時,水分解就發(fā)生.要減少其耗電量,必須將水的分解電壓值提高.
在以上這三種失水形式中,后兩種是主要的,最后一種原因造成失水的比例最大.
現(xiàn)已找到一種鉛鈣合金,使用鉛鈣合金制造電池時,水的分解電壓就由2.3V提高到2.45V.如果將充電電壓控制在2.45V以下,電池在使用時的耗水量就能降到很少,汽車電池充電電壓是14.4V±0.1V,平均到每個單格為2.4±0.016V.現(xiàn)已做到汽車電池連續(xù)裝車行駛6個月-8個月加一次水,生產(chǎn)廠家為了推銷方便,把這個耗水量很低的電池起名為“免維護(hù)電池”,即“MF”電池,這是這種電池的商業(yè)名字.事實上,這種電池維護(hù)工作包括:檢測技術(shù)狀態(tài)、補充電、補水.只把加水周期延長了,對維護(hù)的要求高了,并不是真正意義的“免維護(hù)”.
從技術(shù)角度分析,真正免維護(hù)電池是沒有的.

    1.1.4.發(fā)展到密閉電池
    免維護(hù)電池的水耗電量能否再減少,使電池在整個使用期內(nèi)不補水,在特殊情況下電池允許自由取向,立式、臥式都能工作.
    密閉電池的關(guān)鍵是如何將電池中產(chǎn)生的氣體在電池中重新合成為水.
    密閉電池早在50年代就有,那時是采用金屬鈀作催化劑,使電池中的氫氣和氧氣在無焰狀態(tài)下化合成水
    H2+O2→H2O+Q             ......1-4
    由于化合是從高能態(tài)的氣體轉(zhuǎn)化成低能態(tài)的液體,所以會釋放出大量的熱,這些熱量能使鈀珠的溫度達(dá)300℃左右.由于鈀昂貴,電池使用條件十分嚴(yán)格,所以這種電池只有在特殊情況下使用,如潛艇、水電站等.
    到70年代,又發(fā)展一種陰極吸收式密閉電池,這種電池消除氣體的辦法是,首先使電池盡可能不產(chǎn)生氫氣H2,氧氣O2是通過負(fù)極吸收轉(zhuǎn)化成液體的成份.
    轉(zhuǎn)化過程如式1-5所示:
       負(fù)極          充電
    O2+Pb→PbO+H2SO4→PbSO4+H2O→Pb+H2SO4....1-5
    消氣過程是:在正極PbO2上充電時產(chǎn)生O2,同負(fù)極上Pb反應(yīng)生成氧化鉛PbO,PbO同電解液中的硫酸H2SO4反應(yīng)生成硫酸鉛PbSO4和水,負(fù)極上的PbSO4經(jīng)充電又恢復(fù)成Pb,硫酸根SO2-4又一次進(jìn)入電液,使電液密度值升高.
    在上述消氣過程中,其關(guān)鍵是隔板必須是透氣的.現(xiàn)采用的辦法是利用玻璃毛氈的吸液性,在用玻璃毛氈制成的隔板中保持氣相、液相、固相共存.這樣,在正極上產(chǎn)生O2能通過毛氈上的氣體通道,逐步擴(kuò)散到負(fù)極上去.消除O2的過程是個動平衡的過程,產(chǎn)生O2的量與消除O2的量達(dá)到平衡時,電池使用才是安全的.
    一旦發(fā)生過充電,產(chǎn)生O2的量大于消除O2的量,會使電池內(nèi)氣體壓力越來越大,為了避免發(fā)生爆炸事故,電池頂蓋上都設(shè)有安全閥,以防不測.所以這種電池都叫“閥控式陰極吸收密閉免維護(hù)電池”.
    不難理解,密閉電池應(yīng)使用電壓精度較高的恒壓充電機充電,絕對不允許用恒流充電進(jìn)行補充電作業(yè).過充電對密閉電池來講可謂是第一殺手.