近幾年來，隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，電力、通訊、計算機等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，這些行業(yè)正處于一個高成長時期，對蓄電池的需求日益增長。想知道為什么蓄電池會出現(xiàn)失效現(xiàn)象，請聽鈺鑫電氣小編淺談蓄電池失效的化學原理！
蓄電池失效模式有早期容量損失、溫度對充電的敏感、負極板硫酸化、正極板柵和極耳的腐蝕、水損耗、隔膜的損壞和自放電率的控制等。無論哪一種失效模式，都關(guān)聯(lián)著供電可靠性和電池的使用壽命。
蓄電池劣化過程，內(nèi)部不斷地發(fā)生化學反應(yīng)，這個過程中也伴隨著內(nèi)阻的不斷變化。蓄電池化成、充電以及擱置過程都有氣體發(fā)生，氫氣與氧氣的析出對電池性能有很大影響，起破壞作用。
鉛酸蓄電池的壽命取決于正極板壽命，只要正極板壽命到期，就意味著蓄電池壽命徹底終止。當電池正板柵腐蝕量達到35%時，如果電池容量低于額定容量的80%，便宣告電池壽命終止。普通鉛酸蓄電池壽命與正極板柵腐蝕程度及正極板柵厚度有關(guān)。
所謂正極板柵腐蝕是指正極在工作條件下，受鉛本身熱力學不穩(wěn)定性的影響，發(fā)生陽極溶解，而使板柵轉(zhuǎn)化為多種化合物的現(xiàn)象。正極板柵腐蝕后，其導電性能變差，內(nèi)阻增大，導致輸出容量減少。
正極板柵鉛基與活性物之間存在電位差，并組成原電池腐蝕體。由于電極電位高于，導電粒子電子不斷地自微電池負極向正極遷移，使鉛基腐蝕為氧化鉛。
負極板硫酸化：負極板放電產(chǎn)物硫酸鉛呈較小顆粒，充電時很容易恢復為絨狀鉛，但是某些電池放電產(chǎn)物為難溶性大顆粒硫酸鉛，并在充電時不能還原為絨狀鉛，這種負極板成為被硫酸鹽化，負極板容易出現(xiàn)硫酸鹽化原因包括，長期供電不足，高溫下長期深放電，長期放電擱置，高型極板中電解液濃度分層和電池失水等。
負極板鈍化：低溫和大電流密度下放電時，負極很容易發(fā)生鈍化。負極板鈍化原因是負極活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U的晶核形成速率跟不上以極大速率進入電解液的鉛離子的速率，因此滯留在電極表面的鉛離子呈現(xiàn)很大的飽和度，與在常溫采用正常放電電流的條件相比，形成了數(shù)量多尺寸小許多的硫酸鉛晶核，這種硫酸鉛便在電極表面構(gòu)成空隙小的致密層。
正板柵外露區(qū)域由于存在酸性介質(zhì)，金屬鉛受其影響被腐蝕，其反應(yīng)式為
式中產(chǎn)物從正板柵進入電解液，進而發(fā)生水解生成或離子，導致金屬銻發(fā)生偏析，這些物質(zhì)擴散或電遷移達到蓄電池負極周圍，，由于電勢高可以與鉛電極組成微電池，之后分別被還原成和等物質(zhì)，并沉積在負極表面，減少負極活性物質(zhì)表面積。
VRLA蓄電池每1Ah（10小時率）理論容量需要硫酸量為3.66g，實際上設(shè)計用量約為5.48g，由于電解液總量一定，電池一旦失水過多，必將造成電池輸出容量的減少。
導致電池水損耗的因素有：正極板柵腐蝕、電極自放電、浮充過程水分解、密封不嚴、充電機紋波系數(shù)過大等。
氧氣析出：正極有氧氣析出
在鉛酸蓄電池整個壽命周期均有氧氣發(fā)生，主要是因為正極活性物質(zhì)氧化鉛與硫酸溶液直接作用與濃差電池的作用。
負極有氫氣析出
硫酸鉛還原為鉛，氫離子還原為氫氣兩個反應(yīng)同時進行，但由于兩個反應(yīng)速度不同，經(jīng)相關(guān)資料與數(shù)據(jù)顯示，鉛電極要析出而要離開平衡電極電位0.9V才有可能。
充滿電的鉛酸蓄電池在儲存期的鉛酸蓄電池負極析氫過電位遠遠大于析鉛過電位，但在充電末期，由于負極的平衡電極電位向負方向增值，離析氫電位很近，甚至達到析氫過電位，因而析氫。
長期開路擱置狀態(tài)，氧化鉛與硫酸溶液反應(yīng)如下
電池充電時的狀態(tài)，電池充電過程一部分電流由于電極反應(yīng)，一部分用于氧氣發(fā)生，他們是平行反應(yīng)。正極在充電初期氧氣發(fā)生很慢，這是因為氧氣在正極氧化鉛表面生成，而正極充反應(yīng)既要氧化鉛作為導電物質(zhì)，又要其作為反應(yīng)物質(zhì)，硫酸鉛也是反應(yīng)物，故在氧化鉛與硫酸鉛交界面上反應(yīng)。充電末期，氧氣發(fā)生由于正極活性物質(zhì)深處與外表附近H+離子濃度嚴重不均勻產(chǎn)生濃差電池，加速析氧過程。
蓄電池熱失控采用貧液式設(shè)計的VRLA蓄電池，為了使蓄電池內(nèi)部無流動的電解液而實施緊裝配方式，造成散熱的困難，致使充電過程中VRLA蓄電池產(chǎn)生的熱量多于富液式電池。
當電池處于充電狀態(tài)，電池溫度發(fā)生一種累積性的增強作用，當增溫過程的熱量積累到一定程度，電池端電壓突然出現(xiàn)降低，迫使電流驟然增大而損壞蓄電池現(xiàn)象稱為熱失控。
早期容量損失是指VRLA蓄電池在初始運行的數(shù)月或1~2年后，其電性能迅速變差，而引起容量下降。造成電池早期失效有多方面復雜綜合因素，多發(fā)生在貧液式電池，不少學者通過實驗調(diào)研提出各種論點，包括電池內(nèi)水的損耗、無銻效應(yīng)、正極活性物質(zhì)與隔板中酸脫離等。
那么，蓄電池失效過程是綜合的、復雜的，如何能夠可靠地判斷出蓄電池是否要失效，并提前做好電池運維工作呢？
通過電池失效原因分析，并結(jié)合我們前面提到的蓄電池的內(nèi)阻產(chǎn)生的原因。當電池內(nèi)部水減少的過程中，電解質(zhì)濃度上升，加快板柵腐蝕，并且電池內(nèi)部的化學反應(yīng)受到影響，電池的歐姆內(nèi)阻也會發(fā)生變化。蓄電池負極酸化的變化過程，會導致電池內(nèi)參與化學反應(yīng)的活性物質(zhì)減少，蓄電池歐姆內(nèi)阻發(fā)生變化。
蓄電池正極板柵的腐蝕，不僅會加大正極板柵的電阻，而且使板柵增厚，從而同涂膏失去了電接觸，這一過程同樣會導致蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，從而導致蓄電池內(nèi)阻變化。同樣的，電池內(nèi)部熱失控過程，會引起內(nèi)部化學反應(yīng)的變化，同時偏離比較大的溫度，對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷，這些過程都會引起內(nèi)阻的變化。
不難看出，蓄電池從健康到失效的過程中，伴隨著蓄電池內(nèi)阻的緩慢變化。因此蓄電池內(nèi)阻在線監(jiān)測和異常變化是非常重要的，是判斷電池失效的有效手段。但同時由于電池內(nèi)阻阻值量級很小，在電池失效過程中，內(nèi)阻的變化量也是非常小的， 所以，內(nèi)阻測量技術(shù)、內(nèi)阻測量精度與一致性也是非常重要的。
保定鈺鑫電氣科技有限公司專注蓄電池監(jiān)測類產(chǎn)品的質(zhì)量和研發(fā)，通過與華北電力大學、河北大學等科研院所的合作，專注產(chǎn)品的質(zhì)量、拓寬產(chǎn)品應(yīng)用范圍，研發(fā)出適合不同領(lǐng)域、不同環(huán)境的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)，從而滿足用戶的個性化定制需求。如果貴公司想定制蓄電池監(jiān)測接入方案，歡迎點擊客服或電話咨詢。
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