鉛酸蓄電池修復(fù)的科學(xué)性分析

曾文斐++趙浩++標(biāo)周哲

摘 要：本文首先提出鉛酸蓄電池在出現(xiàn)提前報(bào)廢的現(xiàn)象及影響，并分析引起其提前報(bào)廢的原因，說明有效的電池修復(fù)的緊迫性及重要性；然后逐個(gè)分析比對(duì)現(xiàn)有各種電池修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，闡明現(xiàn)有的修復(fù)技術(shù)不足；最后闡明有效的電池修復(fù)方案應(yīng)具備的特點(diǎn)，以協(xié)助電網(wǎng)技術(shù)人員判斷廠商營銷的電池修復(fù)方案是否具備科學(xué)性、可行性，防止上當(dāng)受騙。

關(guān)鍵詞：科學(xué)性；普遍性；壽命測(cè)試；安全性；環(huán)保性

中圖分類號(hào)：TQ028.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著社會(huì)的進(jìn)步和信息化、自動(dòng)化程度的不斷提高，電力、通信、金融、交通等行業(yè)對(duì)于電的依賴程度不斷加深，同時(shí)也對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。無論在電力變電站、機(jī)房、移動(dòng)基站還是UPS系統(tǒng)中，蓄電池作為備用電源在系統(tǒng)中起著極其重要的作用。正常情況下，蓄電池是處于浮充備用狀態(tài)的，由交流市電經(jīng)整流設(shè)備轉(zhuǎn)換為直流電向負(fù)荷供電，而在發(fā)生交流電失電故障的情況下，蓄電池作為負(fù)荷的唯一電源供給者，一旦出現(xiàn)問題，供電系統(tǒng)將會(huì)癱瘓，進(jìn)而造成設(shè)備停運(yùn)及其他重大運(yùn)行事故，會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，蓄電池穩(wěn)定的重要性不言而喻。在電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)蓄電池的使用周期是有嚴(yán)格要求的，在規(guī)定的蓄電池生命周期內(nèi)，不能隨便更換蓄電池，而實(shí)際上有大量的蓄電池提前失效，這對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全性形成非常大的威脅。因此，為什么蓄電池會(huì)出現(xiàn)提前失效，對(duì)于提前失效或者待報(bào)廢的電池如何進(jìn)行有效的再生修復(fù)這些問題非常值得探討。

1.蓄電池再生修復(fù)的意義

1.1 鉛酸蓄電池失效原因分析

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）是目前應(yīng)用最廣的蓄電池，俗稱“免維護(hù)”蓄電池，相對(duì)開口式鉛酸蓄電池而言，其應(yīng)用使煩瑣雜的維護(hù)工作大大減少。無論是國內(nèi)還是國外，從近幾年相關(guān)蓄電池使用情況的資料分析發(fā)現(xiàn)，閥控式鉛酸蓄電池的實(shí)際使用情況并不樂觀，大部分過早老化。VRLA提前失效的原因很多，我們逐個(gè)分析。首先，現(xiàn)有蓄電池消費(fèi)者未能嚴(yán)格按照流程要求來對(duì)維護(hù)它們，這種運(yùn)行維護(hù)方式很容易導(dǎo)致電池提前失效。其次，大量國產(chǎn)的閥控式鉛酸蓄電池本身的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，如制造工藝技術(shù)、裝備技術(shù)的不夠嚴(yán)謹(jǐn)及材料縮減等問題，也是導(dǎo)致一些蓄電池快速失效的重要原因，但上述原因都不是最根本的原因。

鉛酸蓄電池投入運(yùn)行后將無法避免硫酸鹽化現(xiàn)象，這是這類電池本身化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理決定的，這才是蓄電池失效的根本原因。根據(jù)日常維護(hù)相關(guān)資料分析發(fā)現(xiàn)，VRLA電池失效很少是由于充電鼓脹，極板出現(xiàn)物理損傷導(dǎo)致的，而大部分都是由于蓄電池出現(xiàn)缺水以及硫酸鹽化引起的，因?yàn)樾铍姵貎?nèi)部的硫酸鉛結(jié)晶逐步增大后，越來越難分解，內(nèi)阻也逐漸增大，相應(yīng)的充電/放電能力下降，毫無疑問電池容量也隨之下降；根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)蓄電池容量下降到蓄電池標(biāo)稱容量的80%后，這類蓄電池已經(jīng)屬于失效的范疇，不能繼續(xù)在線運(yùn)行。

1.2 鉛酸蓄電池提前失效的影響

以上已分析了日常導(dǎo)致蓄電池提前失效的原因，這不但對(duì)電力系統(tǒng)的安全性造成了非常大的威脅，還帶來巨大的環(huán)境污染。蓄電池過短的生命，會(huì)大量增加蓄電池報(bào)廢的數(shù)量，而蓄電池報(bào)廢，除了帶來更換新電池的經(jīng)濟(jì)損失外，還會(huì)對(duì)大家的生活環(huán)境造成巨大的破壞。因?yàn)殂U酸蓄電池從生產(chǎn)到報(bào)廢的整個(gè)過程，都伴隨著污染的產(chǎn)生，這與目前社會(huì)都倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念存在很大的沖突。

1.3 鉛酸蓄電池再生修復(fù)的意義

如果可以實(shí)現(xiàn)鉛酸蓄電池的再生修復(fù)，就可以解決蓄電池提前失效的問題，保證鉛酸蓄電池的安全性，從而增強(qiáng)電力系統(tǒng)的安全性；另外，也可大大降低蓄電池報(bào)廢的數(shù)量以及電池報(bào)廢產(chǎn)生的費(fèi)用，減少蓄電池報(bào)廢帶來的污染。鉛酸蓄電池的再生修復(fù)符合當(dāng)前國家倡導(dǎo)的環(huán)保理念，具備重要環(huán)保經(jīng)濟(jì)價(jià)值和積極的社會(huì)意義。

2.現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

從上面的分析可知鉛酸蓄電池的再生修復(fù)具備相當(dāng)重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)意義，因此鉛酸蓄電池自發(fā)明150多年來，人們對(duì)鉛酸蓄電池的再生修復(fù)技術(shù)的研究從未停止。由于鉛酸蓄電池生產(chǎn)技術(shù)成熟、生產(chǎn)成本低、安全性高，在電網(wǎng)系統(tǒng)的變電站中得到廣泛的應(yīng)用，而鋰電池到目前為止安全性仍未有足夠的保障，因此，變電站仍將長期使用鉛酸蓄電池。

近幾年來，鉛酸蓄電池再生修復(fù)的技術(shù)主要有水療法、脈沖法（如負(fù)脈沖修復(fù)技術(shù)、高頻脈沖激活修復(fù)技術(shù)、諧振脈沖激活修復(fù)技術(shù)）、化學(xué)修復(fù)、大電流充放電修復(fù)技術(shù)這幾種，但這些技術(shù)再生修復(fù)的效果不明顯，蓄電池容量并不能完全恢復(fù)，且內(nèi)阻無明顯變化或者增大，而且，蓄電池修復(fù)后的壽命少則能用幾天，多則一年半載，基本上是沒有保證的。下面簡(jiǎn)單介紹上述幾種修復(fù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 水療法的優(yōu)缺點(diǎn)

水療法對(duì)于加水蓄電池比較適用，對(duì)于硫化嚴(yán)重現(xiàn)象亦可反復(fù)處理，無須投資設(shè)備即可自行修復(fù)，缺點(diǎn)是過程太煩瑣，并且對(duì)密封電池不太適用。

2.2 脈沖法的優(yōu)缺點(diǎn)

脈沖法效果好操作方便，但需要有專用的脈沖充電器，個(gè)人不易配備，需要購買，成本高。目前市場(chǎng)上的脈沖修復(fù)充電器參差不齊，很多脈沖充電器甚至是專用修復(fù)儀的脈寬比、占空比、負(fù)脈沖設(shè)計(jì)得并不合理不能起到去硫化的作用。

2.3 化學(xué)修復(fù)法的優(yōu)缺點(diǎn)

化學(xué)修復(fù)法修復(fù)效率和功效高于前兩種修復(fù)方法，缺點(diǎn)太煩瑣。此法的機(jī)理是加入的這些硫酸鹽配位摻雜劑，可與很多金屬離子，包括硫酸鹽形成配位化合物。形成的化合物在酸性介質(zhì)中是不穩(wěn)定的，不導(dǎo)電的硫化層將逐步溶解返回到溶液中。采用化學(xué)方法，消除硫酸鉛結(jié)晶，不僅成本高，增加電池內(nèi)阻，并且還改變了電解液的原結(jié)構(gòu)，修復(fù)后的使用期較短，副作用較大，其修復(fù)率約為40%左右。

2.4 大電流充電法的優(yōu)缺點(diǎn)

大電流充電法是使大的硫酸鉛結(jié)晶溶解的方法，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這種方法消除硫化只可以獲得暫時(shí)的效果，并且會(huì)在消除硫化過程中帶來加重失水和正極板軟化問題，對(duì)電池壽命造成嚴(yán)重?fù)p傷，現(xiàn)在很少有人用這種簡(jiǎn)單的方法修復(fù)電池。

2.5 現(xiàn)有修復(fù)法的缺點(diǎn)

綜合分析各種修復(fù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合電網(wǎng)部門日常維護(hù)的積累經(jīng)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，這些蓄電池修復(fù)技術(shù)或多或少存在的問題，可以按以下幾方面進(jìn)行分析歸類：

一是缺乏科學(xué)依據(jù)：這些蓄電池再生修復(fù)技術(shù)，并沒有直觀有效的科學(xué)手段證明其修復(fù)效果，缺少可讓人直接觀察到修復(fù)效果的渠道。

二是未能達(dá)到鉛酸蓄電池再生修復(fù)后的可接受的壽命周期。蓄電池再生修復(fù)的價(jià)值是體現(xiàn)在修復(fù)后的壽命能夠達(dá)到電池設(shè)計(jì)預(yù)期的壽命或者更長時(shí)間，如果修復(fù)后電池僅能使用幾天，幾個(gè)月，這種蓄電池的修復(fù)技術(shù)的價(jià)值不大；然而，不少廠家為了便于市場(chǎng)推廣，要么夸夸其談，要么閉口不提鉛酸蓄電池修復(fù)后的生命周期，無法呈現(xiàn)客觀、真實(shí)的壽命測(cè)試數(shù)據(jù)，經(jīng)不起任何第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)的測(cè)試以及認(rèn)證。

三是這些蓄電池修復(fù)技術(shù)覆蓋面不廣，沒有普遍性。比如，水療法對(duì)非密封的電池比較適合，而對(duì)密封的蓄電池不適合；如大電流充電法對(duì)硫酸鉛晶體溶解很有效，但對(duì)修復(fù)后壽命非常令人堪憂，安全性也不行；化學(xué)修復(fù)法則修復(fù)成功率不高等等，可以看出現(xiàn)有這些修復(fù)技術(shù)并不能全面解決學(xué)電池老化失效的問題，僅能修復(fù)個(gè)別或者少數(shù)品種鉛酸蓄電池單體，這些修復(fù)技術(shù)是不夠成熟的。蓄電池單體修復(fù)難以滿足蓄電池組的一致性要求。在這幾年電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際維護(hù)工作中，大部分電網(wǎng)相關(guān)部門下線的電池組，都是一組電池只有1～2個(gè)失效電池單體，如果不能及時(shí)檢測(cè)出并修復(fù)落后單節(jié)電池，很快就要整組更換蓄電池，這不但增大了維護(hù)工作量，而且會(huì)造成大量電池組被誤報(bào)廢，現(xiàn)在許多單位都在頭疼這個(gè)問題，但是蓄電池組的各單體需要滿足一致性要求，才能和諧地工作。蓄電池組需要整體修復(fù)，而且蓄電池組整體核對(duì)容量放電的數(shù)據(jù)必須滿足國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，才說明該類蓄電池再生技術(shù)滿足實(shí)際推廣要求。

四是鉛酸蓄電池再生修復(fù)的安全性得不到保障。任何可能引起待修復(fù)蓄電池安全隱患的蓄電池再生修復(fù)技術(shù)都是不允許的。如果采用高電壓，大電流對(duì)落后蓄電池進(jìn)行修復(fù)，待修復(fù)的蓄電池可能會(huì)被埋下安全隱患，比如極板軟化，活性物質(zhì)脫落等。

五是缺乏解決蓄電修復(fù)過程環(huán)境污染問題的有效方案。這技術(shù)在修復(fù)過程及修復(fù)后多多少少都會(huì)產(chǎn)生環(huán)保問題，如出現(xiàn)廢氣，廢液排放等，這明顯與國家環(huán)保理念方向明顯沖突。

3.有效修復(fù)再生方案科學(xué)性分析

針對(duì)問題一，真正有效的蓄電池再生修復(fù)方案必須具備判斷修復(fù)效果的科學(xué)依據(jù)的。采用高倍率的電鏡來觀察分析修復(fù)后的蓄電池極板上硫酸鉛結(jié)晶體還原程度，才能真正實(shí)現(xiàn)修復(fù)效果可視化，使硫化的蓄電池修復(fù)效果判斷變得簡(jiǎn)單可行。

針對(duì)問題二，我國電力系統(tǒng)內(nèi)已有多個(gè)電力科學(xué)研究院具備蓄電池壽命測(cè)試資質(zhì)，修復(fù)后的蓄電池必須通過權(quán)威的第三方機(jī)構(gòu)壽命測(cè)試認(rèn)證，并且各項(xiàng)指標(biāo)能達(dá)到期望值，如壽命延長3～5年或者更長，這才能說明廠商的電池修復(fù)方案是合格的，具有修復(fù)價(jià)值，可推廣的。

針對(duì)問題三，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，電網(wǎng)系統(tǒng)使用了多種類型的鉛酸蓄電池，真正有效的修復(fù)技術(shù)必須能夠適應(yīng)不同類型的鉛酸蓄電池，既適應(yīng)電池單體修復(fù)，也適應(yīng)蓄電池組整組修復(fù)，修復(fù)方案需要充分解決電池組的一致性問題，使電池組修復(fù)后，使各電池單體，仍然可以協(xié)調(diào)工作。克服蓄電池個(gè)別單體失效而導(dǎo)致整組電池失效的問題。同時(shí)對(duì)于不同種類、不同品牌的蓄電池也必須得到有效支持，最理想的狀態(tài)還可以實(shí)現(xiàn)不同容量蓄電池組合路應(yīng)用、不同容量不同電壓蓄電池組合路應(yīng)用、相同容量不同品牌蓄電池混合應(yīng)用，如能實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，則可以大大降低電池組報(bào)廢的數(shù)量，有效降低電網(wǎng)系統(tǒng)自身建設(shè)及維護(hù)成本。這樣的電池修復(fù)方案覆蓋性才夠廣，修復(fù)價(jià)值高，值得推廣。

針對(duì)問題四，有效的蓄電池修復(fù)方案，可以有效解決蓄電池硫化問題，且加入的修復(fù)液體既不能是酸性的也不能是堿性的，否則蓄電池修復(fù)過程以及修復(fù)后的安全性都無法得到保障。除此之外，修復(fù)方案中的修復(fù)流程也必須安全可靠，無安全隱患。

針對(duì)問題五，有效的蓄電池修復(fù)方案，應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)電池修復(fù)之外，應(yīng)符合國家科技發(fā)展規(guī)劃的環(huán)保要求，通過提升蓄電池的生命周期，減少電池報(bào)廢數(shù)量，從而降低對(duì)環(huán)境的污染；另外也通過對(duì)蓄電池進(jìn)行二次利用，提升鉛酸蓄電池的使用率，也可以降低對(duì)環(huán)境的污染。

結(jié)論

鉛酸蓄電池如果能得到全面有效的修復(fù)，這不僅能節(jié)省大量的蓄電池采購費(fèi)用，而且能夠大大降低對(duì)環(huán)境的污染，減少電池回收的費(fèi)用。電網(wǎng)人需要真正認(rèn)識(shí)到有效可行的電池再生修復(fù)方案，一是應(yīng)該具有科學(xué)的判斷修復(fù)成果的依據(jù)，二要保證修復(fù)后的鉛酸電池有合理的壽命，三要能適應(yīng)不同種類、不同品牌的電池/電池組，四要在修復(fù)過程及修復(fù)成果是安全的，五要滿足環(huán)保要求。有效電池修復(fù)技術(shù)方案的研究應(yīng)該是具備上述特點(diǎn)的。電網(wǎng)系統(tǒng)在今后關(guān)于鉛酸蓄電池修復(fù)產(chǎn)品及方案選擇上，都應(yīng)該帶著這樣的思路去選擇合適的鉛酸電池修復(fù)方案，保證電池修復(fù)的可行性、通用性，全面提升鉛酸蓄電池的使用壽命，降低電池的使用成本及維護(hù)成本。

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