CN102013530A - 2v大容量铅酸蓄电池负极不可逆硫化的反极修复法 - Google Patents
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Abstract
2V大容量铅酸蓄电池负极不可逆硫化是电池失效的重要原因之一。大颗粒硫酸铅活性低,充电时难以还原为铅。反极修复法将负极活性低的硫酸铅转化为二氧化铅,进而再还原为铅,从而达到去除硫化的目的。通过4排气口,添加去离子水,将1辅助电极放置于3电解液中,8蓄电池充电仪正极与2铅酸蓄电池负极相连,充电仪的负极与1辅助电极相连,进行反极修复去除负极活性低的硫酸铅。
Description
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池技术领域。
背景技术
2V大容量铅酸蓄电池广泛应用予太阳能光伏发电、风力发电、通信电源、电力交配电系统、铁路、船船通讯、UPS电源等领域中。在电池运行过程中,负极不可逆硫酸盐化是重要失效模式之一。在正常条件下,铅酸蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶,在充电时能较为容易地还原为铅。如果电池的使用和维护不当,例如经常处于充电不足或过放电,负极上就会逐渐生成一种粗大坚硬的硫酸铅重结晶晶体,这种硫酸铅结晶活性低,溶解度小,使电池内电阻增大,充电接受能力降低,用传统的充电方法很难使其转化为活性物质,从而减小了电池容量,甚至成为蓄电池寿命终止的原因。这种现场称为负极不可逆硫酸盐化或负极硫化。
目前较轻的负极不可逆硫酸盐化的去除方法主要有化学法(如添加修复液)和物理方法(如电脉冲修复)。当电池容量下降60%以上的较严重硫化,已有的方法采用正负极倒换,即正极作为负极,负极作为正极,进行反充电,修复过程中大电流通过极板,导致电池电解液温升过高,加速正极极板的软化脱落、板栅合金的腐蚀,影响电池正极的后期容量和寿命。通常反充电方法由于对正极极板损伤大,反充电法只能进行一次性修复,如修复不成功,电池即报废。
发明内容
为了去除2V大容量铅酸蓄电池负极不可逆硫化,并且在电池修复过程中不对正极造成损害,本发明提供一种负极不可逆硫化的反极修复法。
本发明反极修复法基于以下工作原理:铅酸蓄电池放电时,正极和负极均生成硫酸铅,但是反应活性有明显差异。
正极:PbO2+3H++HSO4 -+2e-→PbSO4(R)+2H2O (1)
负极:Pb+HSO4 -→PbSO4(O)+H++2e- (2)
正极PbO2的还原产物硫酸铅PbSO4(R)具有非常高的反应活性,在电池充电过程中易于转化为活性物质PbO2,这也是正极很少出现不可逆硫酸盐化的重要原因。负极Pb的氧化产物硫酸铅PbSO4(O)反应活性低,难以转化为活性物质Pb。根据循环伏安图,相对Hg/Hg2SO4电极,在-0.96V附近,Pb向PbSO4(O)转变,大于1.4V时,进而氧化为PbO2,其中可能伴随氧气析出;在1.2~0.8V范围,PbO2向PbSO4(R)转变,-1.0~-2.0进而还原为Pb,其中低于-1.1V时开始有氢气析出。本发明通过反极修复,将负极上的PbSO4(O)氧化为PbO2,后转化为PbSO4(R),最后还原成Pb。
本发明按以下步骤进行操作:
(1)按电池厂商要求进行完全充电,或以2.4V恒压充电至电流5小时稳定不变。
(2)将蓄电池以0.1C放电率进行放电,终止电压为1.8V,并记录电池现有容量。
(3)打开排气阀,露出排气口,从排气口处添加去离子水,将辅助电极放置于蓄电池电解液中,将蓄电池充电仪正极与电池负极相连,充电仪负极与辅助电极相连,进行充电从而将负极的硫酸铅PbSO4(O)转化为PbO2。辅助电极不能接触到电池的正极板和负极板,以免引起短路。以电流0.1~0.25C进行充电,充电电量为1.5~2.0C。
蓄电池原负极板:PbSO4(O)+2H2O→PbO2+HSO4 -+3H++2e-,
2H2O→O2↑+4H++4e-
辅助电极:H2+2e-→H2↑
(4)将蓄电池充电仪正极与辅助电极相连,充电仪负极与电池负极相连,进行充电从而将负极的PbO2转化为Pb。以电流0.1~0.25C进行充电,充电电量为1.2~1.5C。
(5)而后,将充电仪正极改接到电池正极上继续进行充电。充电电流0.1C,直至电池充满。
以上操作过程中,控制电解液温度不超过45℃,当电池缺水时,及时补充去离子水。辅助电极采用惰性电极,如光滑的铂金电极。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比,具有下列优势和效果:
1、相比现有的添加修复剂的去除硫化方法,本发明仅添加去离子水,从而避免引入其它离子导致电池自放电增加。
2、相比使用大电流去除硫化的修复方法,本发明是一种基于正极保护的负极除硫化方法。负极去除硫化过程中,电池正极极板没有大电流通过,减轻了正极板栅的腐蚀以及对正极后期容量和寿命的影响,从而有效保护了正极。修复后的负极板大颗粒硫酸铅消失,正极板在修复前后变化甚微。修复后的容量可以恢复到额定容量的85~95%。
附图说明
图1本发明的铅酸蓄电池负极反极修复示意图。
图中:1辅助电极、2铅酸蓄电池负极、3蓄电池电解液、4排气口、5铅酸蓄电池正极、6铅酸蓄电池壳体、7铅酸蓄电池隔板、8蓄电池充电仪
具体实施方式
(5)对将要除硫化的2V大容量铅酸蓄电池进行完全充电。按电池厂商要求进行完全充电,或以2.4V恒压充电至电流5小时稳定不变即认为充满。
(6)将蓄电池以0.1C放电率进行放电,终止电压为1.8V,并记录电池现有容量。
(7)图1是本发明负极反极修复实施例。通过4排气口,添加去离子水,当3蓄电池电解液液面距离4排气口1.0~1.5厘米即可停止添加。将1辅助电极放置于3蓄电池电解液中。辅助电极不能接触到电池的正极极板和负极极板,以免引起短路。蓄电池充电仪8正极与2铅酸蓄电池负极相连,充电仪8的负极与1辅助电极相连,进行充电从而将负极的硫酸铅PbSO4(O)转化为PbO2。充电电流0.1~0.25C,充电电量为1.5~2.0C。控制电解液温度不超过45℃,温度过高时,降低充电电流。
(8)将8蓄电池充电仪正极与1辅助电极相连,充电仪负极与2铅酸电池负极相连,进行充电从而将负极的PbO2转化为Pb,充电电流0.1~0.25C,充电电量为1..2~1.5C。
(9)而后,取出1辅助电极,将8蓄电池充电仪正极改接到5铅酸蓄电池正极上,充电仪负极仍旧接2铅酸蓄电池负极,进行正常充电,充电电流0.1C,直至电池充满。修复过程完成。
以上实施过程中,均需控制电解液温度不超过45℃,当电池缺水时,及时补充去离子水,极板大量析出气体时,调整电流。
Claims (2)
1.2V大容量铅酸蓄电池负极不可逆硫化的反极修复法,其特征是:包括如下步骤:通过4排气口,添加去离子水,将辅助电极(1)放置于蓄电池(3)电解液中,蓄电池(8)充电仪正极与铅酸蓄电池(2)负极相连,充电仪的负极与辅助电极(1)相连,进行充电从而将负极的大颗粒活性低的硫酸铅转化为二氧化铅。
2.根据权利要求1所述2V大容量铅酸蓄电池负极不可逆硫化的反极修复法,其特征是:包括如下步骤:
(1)对将要除硫化的2V大容量铅酸蓄电池进行完全充电,以2.4V恒压充电至电流5小时;
(2)将上述蓄电池以0.1C放电率进行放电,终止电压为1.8V,并记录电池现有容量;
(3)通过排气口(4),添加去离子水,当蓄电池(3)电解液液面距离排气口(4)1.0~1.5厘米停止添加,将辅助电极1放置于蓄电池3电解液中,蓄电池充电仪正极与铅酸蓄电池2负极相连,充电仪的负极与1辅助电极相连,充电电流0.1~0.25C,充电电量为1.5~2.0C,控制电解液温度不超过45℃,温度过高时,降低充电电流;
(4)将8蓄电池充电仪正极与1辅助电极相连,充电仪负极与2铅酸电池负极相连,进行充电从而将负极的PbO2转化为Pb,充电电流0.1~0.25C,充电电量为1..2~1.5C,而后,取出1辅助电极,将8蓄电池充电仪正极改接到5铅酸蓄电池正极上,充电仪负极仍旧接2铅酸蓄电池负极,进行正常充电,充电电流0.1C,直至电池充满。
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