铅酸蓄电池损坏机理的探讨.pdf

2 0 0 4年 第 8期 煤 矿 机 械 4 9 文章 编 号 1 0 o 3 ． 0 “／ 9 4 2 0 0 4 0 8 ． 0 0 4 9 ． 0 2 铅 酸蓄电池 损坏 栅理硇 掾讨 刘 淑 格 国投新 集 能源 股份公 司 一 矿 ，安 徽 淮南 2 3 2 1 7 1 摘 要 通过对铅 酸蓄 电池正极柱氧化 腐蚀 、 极板 的不 可逆硫酸 盐化 、 负极 板活性 物质 的膨胀 脱 落、 极板 的局部反 极等现 象的阐述 ， 分析和 解释造成 电瓶损 坏的主要原 因， 同时提 出改进措 施 。 关键 词 铅酸蓄 电池 ；损坏机理 ；氧化 腐蚀 ；盐化 中图号 rI ’ M 9 l 2 ． 1 文献标识码 A 1 引言 随着矿 井生 产开 拓 的延 伸和 运输距 离 的加 长 ， 矿车运 输 的周 转 率 相应 提高 。对 于 蓄 电池 式 电机 车 ， 其 电瓶 的使 用 寿命 和质 量就 日益显 得重 要 。根 据对 蓄电池式 电机 车 运行情 况 的统计 ， 电瓶 远远 达 不到标准 寿命 5 0 07 0 0个循环 ， 一般 为 2 0 0 3 0 0个 循环 。找 出电 瓶 寿命 下 降 的原 因并 采 取相 应 的措 施 ， 无疑对保证生 产任 务 的完成 、 节 支 降耗 、 提高 企 业效益有着积极 的意义 。 2铅酸蓄 电池 充放电的工作原理 铅酸 蓄电池是 由正 极板 、 负 极板 、 隔板、 电解 液 和电池槽 等组 成 ， 它 的充放 电过 程可 用双硫 酸盐 化 理论说 明 ， 用化 学方程式表示如下 正 极电解液负极 正极 电解液负极 古 ir 申 P b O22H2 SO4 P b Pb S O42H2 0 Pb S O 从左 向右表示 放 电过 程 ， 而从 右 到左 表示充 电 过 程。上式 表明 ， 铅酸 蓄 电池在充足 电后 ， 正 极板 的 活性物 质 是 P b O ， 负 极 板 的活 性 物 质是 海 绵 状 铅 P b ， 放 电后两极板 的活 性物质 都转 变 为 P b S O 。 ， 而 充 电后 又恢 复 为 原来 状 态 。在 放 电 过 程 中消 耗 了 H 2 S O ， 并生 成 了水 ， 因此 ， 电解 液浓 度越来 越 低 ， 而 在充电过程中， 电解液的浓度越来越高。 3铅 酸蓄电池电瓶损坏 的原 因 1 极板 的不可逆硫 酸盐化 电瓶在 经 常过放 电过程 或充 电不 足 的情 况 下 ， 电瓶 的 P b S O ． 、 P b O 、 P b的 氧化 还 原 反 应 是 不 彻 底 的， 总有 一部分 不能得到氧化还原 而残 留在极 板 、 极 柱的表面形成细密 的 P b S O 。 结 晶体 ， 时间 一长 ， 这些 结晶体不能转 变 为 P b O 或还 原 成 P b ， 使 结 晶体越 来越坚硬 ， 最后形 成不可逆性 的硫 酸盐化 ， 从而阻 碍 自动补偿 等特点 ， 但对 密封 零件 的加 工精 度 和安装 要求较高 ， 必须对密封结构的设计进行优化 ， 在密封 零件 的加工 、 测量精 度 以及装 配时所 施加 密封 力 的 大小 等方面加 以有效 地控 制 ， 才能保 证 良好 的密封 性能和较长 的使 用寿命 。 参考 文献 [ 1 ] 李迎军 ， 续利文 ． 浮动密封在减 速器上 的应用 [ J ] ． 机械 工人， 2 0 0 3 ， 1 0 2 82 9 ． [ 2 ] 戴志晔 ． 掘进机装载机构减速箱密封装置的改进[ J 1 ． 煤矿机械． 1 9 9 8 ， 6 4 24 3 ． [ 3 ] 徐灏 ， 等 ． 机械 设 计 手 册 第 4卷 [ M] ． 北 京 机 械工 业 出 版 社 1 9 91 ． 作者简介姜志明 1 9 5 8一 ， 江苏江都人 。 高级工程师 ， 1 9 8 2年 毕业 于淮南 矿业 学院 机械制造 专 业 ， 曾长 期 在企 业 从 事 机 械加 工 工 艺设计和管理工作， 现在高校从事教学和科研工作 ， 发表论文 l O余 篇 ． T e l 0 5 5 46 6 6 8 9 3 3 ． 收 稿 日期 2 0 0 4 - 0 3 ． 2 7 Ap pr o a c hi ng t h e me t h o d o f ma c hin i ng a nd a s s e mb l y f o r flo a t i n g s e a l J I ANG Zh l - mt n 。 YA NG Ke 2 1 ． A n h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e＆T e c h n o l o g y 。 H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 。 C h i n a ； 2． H u a i n a n M a c h i n e r y I n d u s t r y T e c h n i q u e Sch o o l 。 H u a i n a n 2 3 2 0 5 2 。 C h i n a Ab s t r a c t F l o a t i n g s e a l c o mp a r i n g t o g e n e r a l l o o s e g l a n d- i t C a l l s t i l l w o r k i n d e s p i t e h a v e t h e e n v i r o n me n t h a v i n g a g r e a t d e al d u s t a n d mo i s t u r e ． Ho w e v e r - t h e fl oat i n g s e a l n e od h a v e b e t t e r c i r c u m s t anc e o f ma c h i n i n g and a s s e mb l y． I n a c c o r d i n g t o p r a c t i c e s ， t h e p a p e r p u t s f o r w a rd a n e w me t h o d f r o m t e c h n o l o g y o f me c h a n i c al w o r k i ng an d a s s e mb l y - rat i o n a l i t y o f con fi g u rat i o n and me asu r e e t c ． ． Ke y wo r d s fl o a t i ng s e al；ma c h i n i n g ；a s s e mb l y me t h od 维普资讯 5 O 铅酸蓄 电池损坏机理 的探讨刘 淑格 2 0 0 4年第 8期 了电液的浸透 ， 给充 电带来 一定的 困难 ， 造成电瓶容 量 下降 。 2 负极 板活性物质 的膨胀脱 落 在充 电末期 ， 由于正 、 负极板上 的硫 酸铅 已大部 分转 变为二氧化铅 与海绵状铅 ， 若再继续 充电 ， 充 电 电流只 起 电 解 水 的 作 用 ， 结 果 在 负极 上 便 有 氢 气 H 2 析 出 ， 而在 正板 上则有 氧气 0 析 出。当析 出 气 体量 大时 ， 会使负极 板上的铅泥形成铅 泥泡 ， 导致 铅泥从极板上 松动 脱 落 ， 造成 负极 板上有 效 物质 的 减少 ， 负极板 的容量下降 ， 加速 了蓄 电池寿命 终止。 通过对报废电瓶 的解剖来看 ， 大部分正极极芯铅 柱都消失了。虽 然没有完全 消失但 也产生 了断链现 象 ， 而负极板上有炸边的铅泥泡和脱落严重 的铅泥。 3 电瓶正极 芯柱氧化腐蚀 电瓶 正极 的极芯 是金 属铅柱 ， 在一般 情况 下不 与硫酸 直接发 生反 应 。但在 充 电后 期 ， 当 P b S O 中 的 P b 生成 P b O 后 ， 再继 续 充 电特 别是 在 增 大 电 流时 ， 负极 板电离 出的 OH一 与 s 一流 向正极 ， 而正 极 电离 出的 H 流 向负极 ， 发生的化学反应如下 正极 P b S 0 42 H 2 0 S O 一0 H一8 e 一一 P b 0 0 2十2 S 0 3 十H 2 02 H 负极 P b S O 4H 2 0H 4 e 一一 P bH 2十 s O 一O H 一 正极 不断析 出 0 、 S O 气体 ， 而析 出的 S O 一 部 分被水 吸收 生成 H 2 S O ， 没 被水 吸 收 的逸 出水 面 发 出刺鼻气味， 析出的 0 ， 绝大部分逸出水面， 极少部 分在 电场作 用下 与 电瓶正 极铅 极柱 发 生氧化 反应 。 被氧化 的金属铅又 与硫酸 中和反应 生成硫 酸铅 盐和 水 ， 而硫酸铅直 接 参 与电瓶 的充 放 电反应 。久而 久 之 ， 正极铅柱被 完 全 氧化消 失掉 。正极 铅柱 的 主要 作用是减 少 内阻 ， 使 得在 充放 电过 程 中有 良好 的导 电性 。 因为硫 酸铅 的阻值 比较 大 ， 可视 为绝缘体 ， 这 样就 给正极充 电带 来 困难 。正极 管下部的硫酸铅 中 的铅离 子根本得 不 到氧 化或 氧化不 充 分 ， 使正极 上 的二 氧化铅生成 量极少 ， 引起正极管容量下 降。 针对 上述情 况 ， ① 可 以采用在 电场作 用下 不容 易被 氧化的金属 导体 作 为正极 芯 柱 ， 以延 长 电瓶 的 使用寿命 ； ②在用 的电瓶 只要 正极 极 芯铅 柱 没有 发 生断链 ， 或没被完 全氧 化 的 ， 都 可 以进行 修 复使 用 ， 并 防止过充 电。 4 极 板的反极 对 于性 能相对较 差 的电瓶 ， 放 电后 期两 极都 有 P b S O ， 在 电场 的作用 下 ， 负极 P b S O 中的 p b 2 失 去 电子 而被 氧化 成 P b O 正 极 性 ， 正 极 P b S O 中 的 p b 2 得到电子而被还原成 P b 负极 性 ， 从而 发生 了 局部反极 。如有局 部反极 的 电瓶 不能 及 时处 理 ， 会 使电瓶组 造成迁延 性损坏 ， 而局 部反 极 是不 容易 被 发现的。一般在深 度放 电、 串联 升压 电池 组 中才 有 局部反极 的发生 ， 在充 电 时有局 部 反极 的 电瓶会 产 生内 耗。 因为 其 负 极 板 呈 正 极 性 ， 正 极 性 是 由于 P b 2 得到电子还原成 P b S O ， 其正极板则呈现负极 性 。 电瓶 在使用 多次循 环后 ， 每 只 电极 的性 能都 有 变化 ， 但每只 电瓶的相对 变化程 度是不相 同的 ， 这就 会导致相邻 电瓶 之间在性能上有差异 。电瓶组在使 用 中都是 串联升 压的 ， 在 充放 电过 程 中每 只 电瓶 的 比重 、 温度 、 自放电率、 容量相对 变化 都会有差 异 ， 如 不能及时处理或 处理不 到位 ， 在放 电后 期 特别 是在 长时 间深度放 电的情况 下 ， 相邻 电瓶之 间 的性 能就 会差异 过大 ， 就会 导致 电瓶 组 之间 的局部 反 极 。在 这种情 况下 ， 充 电时就 造成 没有 局部 反极 的 电瓶 已 充分充 电， 而有局 部反极 的 电瓶处 于欠 充电状态 ， 如 延长充 电时间又会造成 已充分 充电的电瓶 因过充电 而损坏 。 在对 旧电瓶 的解剖分 析 中发现 有 的负 极 板下 面有丹红色的块面或斑点 ， 认 为这是 P b O 造成 的色 相 ， 是局部 反极 的象征。为此 ， 注意发现负极板 下物 质的色泽 ， 为及时 发 现和处 理局 部反 极提 供 了一 个 依据 。 作者简介刘淑格 1 9 6 7 一 ， 女， 河北保定人， 助理工程师， 1 9 8 9 年毕业于徐州煤 炭建筑学校机 电专业， 现从事技术管理工作 ． O 5 5 48 6 6 8 4 9 6． 收稿 日期 2 0 0 4 ． 0 2 ． 1 7 Th e d i s c u s s i o n o f t h e d a ma g e s o u r c e s o f t he l e a d a c i d b a t t e r y L I U S h u - g e N o ． 1 C o a l M i n e ，Y a n j i E n e r g y S t o c k I a d ． C o ． -H u a i n a n 2 3 2 1 7 1 。 C h i n a J Ab s t r a c t B y e x p o u n d i n g o x i d a t i v e c o r r o s i o n o f t h e l e a da c i d b a t t e r y - n o n r e v e r s i b l e s u l f a t i o n o f t h e p o l a r p l a t e - e x p a n s i o n d r o p o f t h e n e g a t i v e p l a t e a c t i v e ma t t e r ， l o c a l a n t i p o l a r ． T h e ma i n s o u r c e s o f t h e d a ma g e o f t h e l e a da c i d b a k e ry i n c o a l mi n e a r e a na l y z e d，an d s o me me a s u r e s a r e p u t t e d f o r wa r d． K e y wor d st he l e a d a c i d b a t t e ry ；t he d a ma g e S O U rce s；o x i d a t i v e c o r r o s i o n；s alt i n go u t 维普资讯