閥控式密封鉛酸電池在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
——評(píng)《鉛酸蓄電池科學(xué)與技術(shù)》

趙 磊，李 瑛

（國(guó)網(wǎng)北京市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100055）

為防止斷電帶來(lái)的意外損失，電力系統(tǒng)中大多數(shù)設(shè)備都具備電池應(yīng)急組。一旦系統(tǒng)發(fā)生斷電，電池組會(huì)立即切除故障，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。閥控式密封鉛酸（VRLA）電池具有免維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，但是“免維護(hù)”只是不需再加電解液，實(shí)際上VRLA電池在使用中存在較多的安全隱患。必須對(duì)電力系統(tǒng)中使用的VRLA電池有更清晰、正確的了解，選用合適的電池，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

由德切柯·巴普洛夫編著，段喜春、苑松翻譯的《鉛酸蓄電池科學(xué)與技術(shù)》一書(shū)，全面介紹了鉛酸電池的基本原理，重點(diǎn)論述了鉛酸電池的生產(chǎn)工藝流程及對(duì)電池性能參數(shù)的具體影響。全書(shū)共6部分，16章。第1部分為鉛酸電池的基本原理，介紹了鉛酸電池的發(fā)明與發(fā)展、基本原理;第2部分為鉛酸電池生產(chǎn)用原料，分別介紹了H2SO4電解液、鉛合金和板柵、鉛氧化物;第3部分為鉛膏制備和極板固化的反應(yīng)，分別介紹了鉛膏和涂板、正負(fù)極鉛膏的添加劑、極板固化;第4部分為極板化成，分別介紹了固化極板在化成之前的浸酸、鉛酸電池的化成技術(shù);第5部分為電池存儲(chǔ)和VRLA電池，分別介紹了化成后以及電池存儲(chǔ)期間的反應(yīng)、VRLA電池及鉛-碳電極;第6部分為鉛酸電池活性物質(zhì)的計(jì)算，從不同方面介紹了鉛酸電池不同類(lèi)型、不同生產(chǎn)工藝下活性物質(zhì)的計(jì)算方法。

1 鉛酸電池的基本原理

1.1 鉛酸電池的化學(xué)工作原理

鉛酸電池通過(guò)在內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化。負(fù)極化學(xué)反應(yīng)式如式（1）、（2）所示;正極化學(xué)反應(yīng)式如式（3）、（4）所示;總反應(yīng)如式（5）所示。

1.2 鉛酸電池的結(jié)構(gòu)

鉛酸電池主要是由正負(fù)極板組、隔板、容器和電解液等構(gòu)成，如圖1所示。

正、負(fù)極板由純鉛制成，上面直接形成有效物質(zhì)，有些極板用鉛鎳合金制成柵架，上面涂以有效物質(zhì)。正極的有效物質(zhì)為PbO2，由氧化的鉛細(xì)粒構(gòu)成，電解液能夠在這些細(xì)粒之間自由通過(guò)。

2 鉛酸電池的生產(chǎn)原料

2.1 H2 SO4電解液

鉛酸電池的電解液為H2SO4，密度視鉛酸電池類(lèi)型和所用的極板而定，一般在15℃時(shí)為1.2～1.3 g/cm3。電池用的電解液必須保持純凈，不能含有危害鉛酸電池的雜質(zhì)。電解液的密度對(duì)電池的工作有重要影響:密度大，可減少結(jié)冰的危險(xiǎn)，提高電池容量;密度過(guò)大，則黏度增加，反而會(huì)降低電池容量，縮短使用壽命。電力行業(yè)使用的鉛酸電池，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁鼗蛑圃鞆S家的要求，選擇合適的電解液密度。

2.2 鉛合金和板柵

鉛酸電池合金含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%～12%的銻和0.1%～0.5%的錫，余量為鉛。加入銻可提升鉛合金的強(qiáng)度和硬度，并增強(qiáng)板柵在硫酸中的耐蝕性。鉛銻合金是制造鉛酸電池板柵和導(dǎo)電零件時(shí)常用的一種合金材料，與純鉛材料相比，它的熔點(diǎn)低、熔融狀態(tài)下流動(dòng)性好、易澆鑄成型、凝固后的硬度大。鉛銻合金板柵的氣體析出超電勢(shì)低，因此，鉛酸電池中的鉛合金中選擇性地加入了砷、硫和銅等金屬，以改善合金的物理和化學(xué)性能。

3 鉛酸電池的鉛膏制備和極板化成

3.1 鉛膏制備

鉛膏是由鉛粉、水、硫酸和添加劑混制而成的可塑性物質(zhì)，性質(zhì)與鉛膏視密度、黏稠程度緊密相關(guān)。按密度，鉛膏可分為膏型膏和砂型膏。膏型膏密度為1.10～1.25 g/cm3，適用于鏈?zhǔn)酵堪鍣C(jī)和手工涂板;砂型膏密度為1.3～1.4 g/cm3，適用于帶式涂板機(jī)。鉛膏的和制過(guò)程就是在和膏機(jī)內(nèi)，將各種原料混合成具有可塑性的膏狀，如圖2所示。

3.2 極板化成

極板化成就是將生極板放置到稀硫酸電解液中，通過(guò)氧化和還原反應(yīng)，使正極板的PbO變?yōu)镻bO2，負(fù)極板的PbO變?yōu)楹＞d狀金屬鉛的過(guò)程。鉛酸電池的極板化成方法主要有化成槽法和電池法。

4 閥控式密封鉛酸（VRLA）電池

4.1 VRLA電池的原理

VRLA電池最大的使用特點(diǎn)就是“免維護(hù)”，即在使用期間不用加酸、加水。這主要是因?yàn)閂RLA電池在充電過(guò)程中產(chǎn)生的氧能夠在電池內(nèi)部實(shí)現(xiàn)再?gòu)?fù)合利用，氫的析出也被抑制。電池的失水量少，就無(wú)須再進(jìn)行加酸、加水的維護(hù)。

4.2 VRLA電池的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

VRLA電池的主要技術(shù)數(shù)據(jù)包括電池容量、電壓、電池內(nèi)阻、放電時(shí)率與放電倍率等。

4.2.1 電池容量

電池容量是電池在一定的條件下所放出的電量，是衡量電池性能的重要指標(biāo)之一。電池容量分為額定容量、理論容量和實(shí)際容量:額定容量是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下的電池容量，體現(xiàn)了電池存儲(chǔ)電量的大小;理論容量是指所有活性物質(zhì)均參與成流反應(yīng)時(shí)，電池所能放出的電量;實(shí)際容量是指實(shí)際使用過(guò)程中電池所能放出的電量，為放電時(shí)間與放電電流的乘積，且小于理論容量。

4.2.2 電壓

電壓是電路中自由電荷能夠定向移動(dòng)的原因。開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓為開(kāi)路電壓，等于電池正、負(fù)極穩(wěn)定電位的差值;初始電壓為電池在放電初始狀態(tài)下的電壓;放電電壓為電池接通負(fù)載后開(kāi)始放電時(shí)的電壓，又稱為負(fù)荷電壓和工作電壓;給電池充電時(shí)，施加于電池兩端的、來(lái)自外部電源的電壓為充電電壓;電池充滿電后，為了防止電能的流失，電源仍然會(huì)以恒定的電壓給電池持續(xù)提供浮充電流，這一恒定電壓稱為浮充電壓;終止電壓是指電池放電時(shí)，電壓降到不宜繼續(xù)放電時(shí)的最低工作電壓。

4.2.3 電池內(nèi)阻

電池內(nèi)阻定義為電池在使用狀態(tài)下，電流在電池內(nèi)部流動(dòng)時(shí)所受到的阻力，分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。內(nèi)阻是評(píng)價(jià)電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，與電池放電能力成反比。

4.2.4 放電時(shí)率與放電倍率

放電時(shí)率是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，以規(guī)定的電流放出的容量，與放電容量成正比，與放電電流成反比。放電倍率反映了放電速度，等于放電電流與額定容量的商，在數(shù)值上是額定容量的倍數(shù)。為了使不同的電池具有可比性，一般使用額定容量和放電時(shí)間的比值來(lái)表示放電電流。

4.3 VRLA電池的檢測(cè)

使用一段時(shí)間后，VRLA電池的各方面性能都會(huì)有所下降、功能出現(xiàn)老化。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、避免發(fā)生危險(xiǎn)，需要及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行全面檢測(cè)。常用的檢測(cè)方法如下:①檢測(cè)電池容量。這是根據(jù)基本理論來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的一種理想方法，可檢測(cè)出VRLA電池處于生命周期中的哪一個(gè)階段。使用該方法檢測(cè)的VRLA電池容量是最直接、最準(zhǔn)確的，但檢測(cè)成本非常高。②檢測(cè)歐姆電阻。通過(guò)測(cè)試電池內(nèi)阻來(lái)確定電池的性能，是一種較科學(xué)的檢測(cè)方法，但是與電池容量相比，通過(guò)電池內(nèi)阻無(wú)法檢測(cè)出全部有問(wèn)題的電池，因此檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性低于電池容量檢測(cè)。③檢測(cè)內(nèi)部電阻。由于電池內(nèi)部的電阻對(duì)性能有較大影響，在檢測(cè)電池壽命時(shí)，需要重點(diǎn)考慮電池的內(nèi)部電阻。

5 結(jié)語(yǔ)

VRLA電池作為備用電源，供電穩(wěn)定且免維護(hù)，在電力系統(tǒng)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值?！躲U酸蓄電池科學(xué)與技術(shù)》一書(shū)全面分析了鉛酸電池的原理、結(jié)構(gòu)、原材料和生產(chǎn)流程等，還詳細(xì)介紹了VRLA電池的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。該書(shū)引用、提煉了大量原始技術(shù)資料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、內(nèi)容充實(shí)、思路清晰、淺顯易懂，可供電力設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行人員閱讀，對(duì)其他部門(mén)有關(guān)人員選擇VRLA電池及大專院校師生的專業(yè)學(xué)習(xí)也有一定的參考價(jià)值。

書(shū)名:鉛酸蓄電池科學(xué)與技術(shù)

作者:德切柯·巴普洛夫編著

ISBN:9787111676027

出版社:中國(guó)電力出版社

出版時(shí)間:2021-06-01

定價(jià):￥249.00元