Циклический анализ срока службы свинцово-кислотных аккумуляторов

Факторы, влияющие на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов, различны, в том числе внутренние факторы аккумулятора, такие как структура аккумулятора, материалы положительной и отрицательной сетки, положительные и отрицательные активные материалы, сепараторы, концентрация электролита и т. Д., А также зависят от ряд внешних факторов, таких как плотность тока разряда, температура, глубина разряда, условия обслуживания и время хранения. Чем глубже разряд, тем меньше срок службы. Чрезмерная зарядка также сокращает жизнь. По мере увеличения концентрации кислоты срок службы батареи сокращается. В процессе исследования свинцово-кислотных аккумуляторов большой емкости мы обнаружили, что короткое замыкание свинца-проскальзывания является важной причиной ухудшения характеристик аккумуляторов и их выхода из строя. Кроме того, коррозионная деформация положительной решетки, осыпание положительного активного материала, размягчение, необратимое сульфатирование и серьезное накопление церия на активном материале - все это ключевые факторы, влияющие на срок службы батареи.

Циклический анализ срока службы свинцово-кислотных аккумуляторов

Чтобы предотвратить коррозию положительной решетки, был разработан многокомпонентный сплав с низким содержанием тантала. Коррозионная стойкость этого мультисплава значительно улучшена. Отрицательная сетка изготовлена из свинцовой меди. Соотношение веса медной сетки к активному материалу составляет 1: 3, а удельная энергия резервуара значительно улучшена. Кроме того, из-за хороших электрических характеристик отрицательного электрода из медной сетки, способность приема заряда высока, а срок службы батареи при зарядке и разрядке увеличивается. Добавление добавок к положительным и отрицательным активным материалам увеличивает коэффициент использования активных материалов и продлевает срок службы. Для предотвращения бессвинцового короткого замыкания принимаются комплексные меры по предотвращению короткого замыкания. Используются высокопроизводительные платы и ряд новых процессов сборки.

Введение в разработку свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотная батарея была впервые произведена компанией Gastron Prandt в 1860 году и имеет более чем 140-летнюю историю. За последние 100 лет, с развитием науки и техники, процесс, структура, механизация производства и автоматизация свинцово-кислотных аккумуляторов постоянно совершенствовались, а производительность постоянно улучшалась. Благодаря отличным характеристикам и соотношению цены производство и применение свинцово-кислотных аккумуляторов до сих пор остается лидером среди различных химических источников энергии. Приложения включают в себя питание, пуск, аварийное и рабочее питание, включая транспортные средства, корабли, самолеты и телекоммуникации. В системах, компьютерах, инструментах и другом оборудовании и объектах, особенно в автомобильных батареях и промышленных батареях, свинцово-кислотные батареи составляют более 90% доли рынка, что дает абсолютное преимущество. 121. Оригинальный стек Valta впервые появился в 1800 году. Gotti 1801 Roth наблюдал так называемый «вторичный ток», то есть ток, противоположный направлению зарядного тока, может быть получен после зарядки. Делла · Вэйвэй изучал первичную батарею из Pb02 в качестве положительного электрода в растворе серной кислоты с 1836 по 1843 год. Несколько форм электродов кислотной батареи и производственный процесс основного процесса постепенно определялись за полвека с 1860 по 1910 год. самой ранней из них была сформированная пластина. В 1881 году Фор впервые предложил наклеенную пластину. Компания Xielang впервые использовала литейные решетки из сплава Pb.sb для улучшения текучести жидких сплавов и повышения твердости в твердом состоянии. 1924 г. Р. Рендаоджин изобрел шаровую мельницу и заменил красный и желтый порошок шариковым порошком в качестве активного материала батареи. Использование лигнина в качестве добавки к активному материалу отрицательного электрода эффективно предотвращает утолщение кристаллов сульфата свинца и продлевает срок службы батареи. Он появился в 1920-х годах. Сепараторы из микропористой резины, сепараторы из смолы и бумаги в 1940-х годах, которые постепенно заменили деревянные перегородки в течение 20 лет с 1950-х по 1960-е годы. Свинцово-кислотные батареи достигли значительных успехов в производственных процессах: пластмассы Замена твердой резины для изготовления отсеков и крышек аккумуляторных батарей; использование тонких пластин и улучшенная конструкция сетки; технология сквозной сварки пусковых аккумуляторов; обычно используются литые решетки из легкосплавных или раскрученных сплавов; Коэффициент использования активного материала; процесс производства батарей сухого типа. После 1970-х годов страны активно разрабатывают необслуживаемые герметичные свинцово-кислотные батареи. В фундаментальной теории, физике, особенно электронике, широко используются достижения и средства: прибор стабильного потенциала, сканирующий измеритель тока, растровый электронный микроскоп, x. дифракция лучей и нейтронов, ядерный магнитный резонанс, электронная спектроскопия и т. д., а также вращающийся дисковый электрод и измеритель. В центре внимания технических исследований - от термодинамики до кинетики электродов.

Основные производители свинцово-кислотных аккумуляторов распределены в нескольких развитых странах, включая США, Европу (Великобритания, Германия, Франция и др.) И Японию, и их общий объем производства составляет около 70% от общего объема производства в мире. В Соединенных Штатах есть EXIDE Technologies, крупнейший в мире производитель свинцово-кислотных аккумуляторов (годовой мировой объем продаж составляет 2,8 миллиарда долларов), а также другие очень крупные производители свинцово-кислотных аккумуляторов, такие как JOHNSON, CONTROL, DEKA и DELPHI. Объем производства свинцово-кислотных аккумуляторов в США составляет около 20% от общего объема производства в мире. Однако в последние годы с изменениями таких факторов, как затраты на технологию и рабочую силу, некоторые компании, производящие свинцово-кислотные аккумуляторы, испытали спад. Производство свинцово-кислотных аккумуляторов переносится в такие страны, как Индия, Юго-Восточная Азия и другие страны, где затраты на рабочую силу невысоки. В Европе есть много крупных производителей свинцово-кислотных аккумуляторов, таких как CHLORIDE, HOPPECKE, F1AMM, DETA, HAWKER и т.д. производитель кислотных аккумуляторов, такой как Sunshine (ныне дочерняя компания EXIDE). В 2001 году в Европе было произведено 48,1 миллиона свинцово-кислотных аккумуляторов, а в 2002 году - 49,1 миллиона. В 2005 году он достигнет 51,8 миллиона человек. Что касается промышленных батарей, то в 2000 году количество запасных батарей составляло 130 000, количество герметичных батарей менее 24 Ач составляло 110 000, а количество герметичных аккумуляторов емкостью более 24 Ач составляло 430 000. Производителями свинцово-кислотных аккумуляторов в Японии в основном являются Yuasa Battery Co., Ltd., Matsushita Battery Co., Ltd., Furukawa Battery Co., Ltd., Shin-Kobe Electric Co., Ltd. и Japan Battery (GS ). Согласно статистическим данным соответствующих сторон, в 2002 году объем производства свинцово-кислотных аккумуляторов в Японии составил около 1,16 миллиарда долларов США, стартовые аккумуляторы свинцово-кислотных аккумуляторов составили 55,7%, а промышленные аккумуляторы (стационарные свинцово-кислотные аккумуляторы) ) составила 6,7%. Свинцово-кислотный малый Батарея составляет 8,0%, остальные 29,7%. С 1990-х годов доля свинцово-кислотных аккумуляторов в общей выходной стоимости вторичных аккумуляторов оставалась на уровне около 20% и в последние годы увеличилась.

В последние годы характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов в Китае значительно улучшились, а соотношение энергии и веса, а также объемное соотношение были значительно улучшены. Свинцово-кислотные герметичные аккумуляторные батареи, не требующие технического обслуживания и не требующие обслуживания, быстро развиваются.

Строение, состав и классификация свинцово-кислотных аккумуляторов

Электрохимическое выражение свинцово-кислотной батареи: (1) PbIH2SO · IPb02 (+).

Основная конструкция свинцово-кислотной батареи включает положительный электрод, отрицательный электрод, сепаратор, сернокислый электролит, аккумуляторный бак и крышку. Положительный и отрицательный электроды соответственно свариваются в группу полюсов, а аккумулятор большой емкости выводится из шины, образуя полюс. Электролит, используемый в свинцово-кислотной батарее, представляет собой сернокислый электролит определенной концентрации. Сепаратор дождя разделяет положительный и отрицательный электроды. Это электрический изолятор (например, резина, пластик, стекловолокно и т. Д.), Устойчивый к сернокислотной коррозии, стойкий к окислению, а также имеющий достаточную пористость и размер пор, чтобы обеспечить свободное прохождение электролита и ионов. Корпус резервуара также является электрическим изолятором, устойчивым к кислотам и температурам и обладающим высокой механической прочностью. Как правило, в качестве корпуса резервуара используется твердая резина или пластик.

Анализ срока службы свинцово-кислотных аккумуляторов

1.2.1 Положительный активный материал

Активным материалом положительного электрода является диоксид свинца. Кристаллические формы Pb02: d - Pb02 и 0 - Pb02. В растворе серной кислоты

Электродная реакция Pb02:

Pb02 + HS04 "+ 3H ++ 2e = PbS04 + 2H20

Испытания показали, что разрядная емкость B-Pb02 всегда больше разрядной емкости a-Pb02. Это связано с тем, что истинная удельная поверхность ?? B-Pb02 больше, чем у Q-Pb02, что напрямую влияет на рост и диффузию сульфата свинца на его поверхности, тем самым влияя на степень использования активных веществ. Во время заряда и разряда n - Pb02 и B-Pb02 преобразуются друг в друга, в основном a - Pb02 преобразуется в 13 - Pb02. Механизм реакции заряда и разряда положительного электрода можно разделить на механизм осаждения путем растворения и твердотельный механизм.

Чтобы улучшить коэффициент использования активного материала положительного электрода, используются различные добавки, включая проводящие добавки, неорганические добавки, такие как барий, сульфат кальция, сульфат алюминия, цеолит и т.п., а также органические и полимерные добавки. Вэй Гуолин считает, что добавка BD может значительно улучшить емкость аккумулятора. Значительно улучшить коэффициент использования активных материалов, может образовывать микроструктуру с большим количеством пор, тем самым улучшая процесс массопереноса и значительно улучшая зарядные и разрядные характеристики положительного электрода. Комбинация BD и PII может значительно увеличить емкость батареи и коэффициент использования положительного активного материала.

Исследования Ramanthanll41 показали, что сульфат кальция добавляется к активному положительному материалу для улучшения характеристик батареи при высоких скоростях разряда и низких температурах. Добавление RS03H к активному материалу положительного электрода улучшает условия диффузии H + в микропорах положительного электрода и значительно увеличивает разрядную емкость положительного электрода и коэффициент использования активного материала положительного электрода 115]. Д. Павлов и Н. Копков смешивают Pb, 04 и порошок свинца и после высокотемпературного отверждения получают пасту 4PbO · PbS04 в качестве положительного электрода. Срок службы батареи увеличивается на 30% за счет активного вещества a. Содержание Pb02 значительно увеличивается на I ». В документе 1171 представлена высокоэффективная пластина положительного электрода с персульфатом, добавленным к обычной свинцовой пасте, активный материал имеет высокую пористость и удельную площадь поверхности, а мощность разряда составляет не менее 1 Вт / см2. Материал имеет пористость 55% и удельную поверхность не менее 4 м2 / г. В литературе [181 предлагается добавлять PbF2 к свинцовой пасте и добавлять фторсодержащий латекс в качестве связующего, который не требуют отверждения, что способствует высокой выходной мощности батареи.Предлагается использовать пропилен и пропиленстирол при добавлении углерода к активному материалу, что в основном способствует образованию сетки и увеличению пористости.

1.2.6 Классификация

Свинцово-кислотные батареи обычно используются в трех классификациях.

1) Классификация по назначению

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи в Китае классифицируются в зависимости от их использования. В основном делятся на пусковые, фиксированные, силовые и другие аспекты. Среди них пусковая батарея в основном используется для различных автомобилей, локомотивов, запуска судов и освещения. Требуется разрядка при высоком токе, может начаться при низкой температуре, внутреннее сопротивление батареи должно быть небольшим, а положительная и отрицательная пластины должны быть тонкими. Стационарный свинцово-кислотный аккумулятор в основном используется в качестве резервного источника питания для различных систем крупногабаритного оборудования, пластина толстая, электролит тонкий, а срок службы большой. Батарея питания в основном обеспечивает питание для различных систем питания, и долгосрочные и краткосрочные требования к производительности лучше.

2) Классификация по структуре пластины

В основном делится на пасту, трубку и образование. Оксид свинца превращается в свинцовую пасту с раствором серной кислоты, наносится на сетку, отлитую из сплава свинца, сушится и формируется в пастообразную пластину. Каркас изготовлен из свинцового сплава, а волокнистая трубка подготовлена во внешнем кожухе каркаса, и трубка заполнена активным материалом. Эта электродная пластина называется трубчатой пластиной. Полярная пластина отлита из чистого свинца и называется формацией.

3) Классификация по электролиту и поддержанию заряда

В основном делятся на батареи с сухим разрядом, аккумулятор с сухим зарядом, аккумулятор с влажным зарядом, необслуживаемые аккумуляторные батареи, не требующие обслуживания, герметичные аккумуляторные батареи с клапанным управлением.

Электродвижущая сила, напряжение холостого хода, рабочее напряжение

Электродвижущая сила батареи - это разница между равновесными электродными потенциалами двух электродов. Электродвижущая сила аккумулятора зависит от концентрации серной кислоты. Напряжение холостого хода батареи представляет собой разность потенциалов между электродами, когда через внешнюю цепь не протекает ток, и обычно меньше электродвижущей силы батареи, которая напрямую связана с состоянием заряда батареи. Рабочее напряжение батареи, также известное как напряжение разряда или напряжение нагрузки, относится к разности потенциалов между двумя полюсами батареи при наличии внешнего тока. Рабочее напряжение всегда ниже, чем напряжение холостого хода, потому что сопротивление, вызванное сопротивлением поляризации и омическим сопротивлением, должно быть преодолено, когда ток проходит через внутреннюю часть батареи. По мере разряда батареи положительные и отрицательные активные материалы и серная кислота постепенно расходуются, количество воды увеличивается, концентрация кислоты уменьшается, а напряжение батареи уменьшается.

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов - один из важных показателей их эффективности. Срок службы батареи обычно выражается в циклах. Аккумулятор подвергается зарядке и разрядке, что называется циклом. В определенной системе зарядки и разрядки или рабочем режиме количество циклов, которым подвергается аккумулятор, прежде чем емкость аккумулятора упадет до указанного значения, называется сроком службы, то есть сроком службы аккумулятора. Срок службы также можно выразить с точки зрения времени использования. В практических приложениях срок службы батареи имеет множество выражений, таких как период стендовых испытаний, предполагаемый период и фактическое время использования, которые в основном определяются способом использования батареи. Факторы, влияющие на срок службы батареи, включают внутренние факторы батареи, включая структуру батареи, материал сетки, характеристики активного материала и т. Д., А также зависят от ряда внешних факторов, таких как плотность тока разряда, температура, глубина разряда, состояние обслуживания и время хранения. Ждать. Чем больше глубина разряда, тем меньше срок службы. Чрезмерная зарядка также сокращает жизнь. Срок службы батареи увеличивается с повышением температуры. По мере увеличения концентрации кислоты срок службы батареи сокращается. Внутренние факторы аккумулятора влияют на срок его службы в основном в следующих аспектах.

Свинец короткое замыкание

При исследовании свинцово-кислотных аккумуляторов большой емкости мы обнаружили, что короткое замыкание свинца-проскальзывания является важной причиной ухудшения характеристик аккумуляторов и, в конечном итоге, их выхода из строя. Во время утилизации батареи активный материал и волокнистая добавка на положительной и отрицательной пластинах отслаиваются, часть которых находится в твердой форме, а часть растворяется в электролите. По мере развития процесса заряда и разряда растворенный материал восстанавливается и осаждается на отрицательном электроде, а нерастворенные вещества и добавки также могут осаждаться на положительных и отрицательных пластинах и других местах полярной группы. По прошествии времени цикл заряда и разряда батареи увеличивается, оседает все больше и больше веществ, и в конечном итоге положительный и отрицательный электроды локально соединяются, что приводит к микрокороткому замыканию, называемому коротким замыканием свинца. В точке короткого замыкания увеличивается саморазряд и повышается температура. По мере накопления времени площадь короткого замыкания выводов увеличивается, эффективность зарядки значительно снижается, емкость аккумулятора уменьшается, а количество выделяемого водорода увеличивается. Более того, локальная высокая температура может вызвать прогорание сепаратора, потерю изоляционного эффекта, положительный и отрицательный электроды соединены в один корпус, структура повреждена, функция потеряна, и, наконец, срок службы батареи истечет.

Страница содержит содержимое машинного перевода.