CN1166023C - 半淹没蓄电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含正(20)、负(22)电极的蓄电池(38)，其中两电极均浸于液体电解质(14)中。负极(22)部分地袒露于电池箱(12)内的气相空间或气室(18)。安全卸压阀(34)允许气体自蓄电池(38)逸出，同时又可防止电池外的空气进入气室(18)中的氧气间。将负电极(22)的一部分暴露于气室(18)中的氧气间，可使电池(38)的水耗降低，从而延长蓄电池的无修理使用寿命。

Description

半淹没蓄电池

技术领域

本发明涉及对蓄电池在工作和使用过程中减少水耗的改进。更具体一点讲，它涉及简单而可靠的封闭式或阀控蓄电池的设计，该设计具有现有一切设计式样所没有的优点。本发明的阐述将以固定式应用中使用的铅酸性类蓄电池为例，但可由任何熟悉本领域的人推广至别种蓄电池和别的应用。

背景技术

a.传统淹没蓄电池

如图1所示的传统淹没蓄电池含有至少两块浸入电解质溶液的板状电极。极板间有刚硬但却多孔的隔板，可防止它们之间的电接触。一极板带正电，而另一极板则带负电。两极板由电线接至电池外部的正、负终端并可进一步与电路接通。

上述蓄电池的一个典型用途便是作为计算机或通讯系统的备用电源。这里，将蓄电池放在架子上串联，然后在控制的电压下连续充电或“浮充”。

这种连续充电具有通常电解来消耗水的效果；即水在正极被分解成氧气(O₂)，在负极则得到氢气(H₂)。这些气体作为气泡上升到电解质表面，通过电池上部的通气孔排出。

尽管淹没蓄电池的水耗可通过在最低电压下进行充电来减至最小，但仍需要不断加水。例如，大型固定式蓄电池在某些应用中可能需要每年加水，而这对于远离城市的用户来说，可能会因日益增长的劳务费用而变得不合算。

因此，不用加水的蓄电池具有商业上的好处，且特别是在过去的十年里，蓄电池工业界花费巨大努力研制封闭式“阀控”蓄电池。这些阀控蓄电池采用不同的技术来减小水耗。

b.阀控蓄电池

图2所示的传统阀控蓄电池(VR)具有与淹没蓄电池所含类型相同的极板。但是，这些极板不是浸在电解质中，而是夹在由微细玻璃纤维制成的吸收性海绵状隔板间。实际上所有电解质吸附于海绵状隔板中，蓄电池中基本上无“自由”电解质。阀控蓄电池还用卸压阀来代替常见的通气孔，可让压缩气体逸出，但却不允许大气中的氧气进入蓄电池。

传统阀控蓄电池VR与淹没蓄电池相比有两个优点。第一个优点表现在不动电解质。电解质被吸附于海绵状隔板里，因而即使容器穿孔或蓄电池倒置也不会外泄。该优点在某些场合(如玩具)非常重要，在另一些场合(如固定式备用电源系统)则不重要。

第二个优点则为水耗降低。阀控蓄电池里的吸收性海绵状隔板设计时故意使其不到100％饱和，从而在极板间留下了可通过气体的通道。这一特点使得一个叫作“氧气循环”(见后述)的过程得以实现，该过程使蓄电池水耗显著降低，且至少从理论上讲可让蓄电池在整个设计使用期内不需加水。

对大多数工业用户来说，这第二个优点更为重要，这是因为对于一个使用寿命为20年的蓄电池，第二个优点所致的维修费用的降低是相当可观的。

c.氧气循环

图2还大略地表示出充电时的阀控蓄电池。在正极板上产生的氧气，不是象在淹没蓄电池里那样作为气泡冒出电解质表面，而是穿过隔板直接与负极板接触。如此产生的氧气“去极化”或减小负极板的电压，使得氢气的产量保持最低。由此，蓄电池的水耗便得以降低。

d.阀控蓄电池存在的问题

铅酸类阀控蓄电池在过去几年里取得了商业上的成功，并广泛用于大型固定式应用场合。这些电池当较新时性能通常优良。但随着电池的老化，性能变差，目前已有许多报道涉及设计使用寿命为20年的蓄电池在用了四、五年后便报废。

我公司对不同厂家生产的阀控蓄电池的大量测试证实这些电池在工作性能上存在严重的差异。相信这些问题的产生与海绵状玻璃纤维隔板有关；随着电池不断老化，这些隔板变得越来越干，致使越来越多的氧气穿过隔板抵达负极板。最后，氧气的“传输”速率变得如此大以致负极板放电。

换言之，尽管少量氧气传输有好处，且为氧气循环运作所需，但太多则对蓄电池十分有害。因而，从某种意义上讲，负极板若要生存就得受保护以免遭氧气的“进攻”。然而，工业界对此状况并不理解。

因此，本发明的第一个目的便是提供这样一种蓄电池，它在保护负电极不受过量氧气作用的同时使水耗保持最低。

本发明的第二目的是提供一种可靠性显著提高的蓄电池。

第三个目的是提供一种需要较少维修的蓄电池。

第四个目的是提供一种能延长使用寿命的蓄电池。

本发明的其余的目的、优点和新特征将在下面的描述中给出，对于那些熟悉本领域人在阅读下述论述过程中将变得显而易见或通过本发明的实际运用而知道。本发明的目标和优点可借助于如所附权利要求中所指出的那些手段和组合来实现和获得。

发明内容

概括地说，本发明的目的和优点是由一个带内装有液体电解质的封闭箱的电池来实现的。电解质液面上方为一气室。气室收集包括在电池内产生的氧气在内的气体。

正、负电极浸入电解质中。负电极部分地露出液面并与氧气接触。设于电池中的卸压阀允许过量气体排出箱，但却不让箱外空气入内。

本发明提供一种铅酸电池，包括：密封箱；置于所述密封箱内的液体电解质，所述电解质包括硫酸，其液面构成所述密封箱内收集氧气的气室的底部；至少部分地浸入所述电解质中的正电极；具有活性材料的负电极，所述负电极浸入所述电解质中并且部分地露出所述液面之上；以及装在所述电池上的卸压阀，以允许气体自所述密封箱中逸出，同时阻止所述密封箱之外的氧气与所述负电极接触。

本发明还提供一种铅酸蓄电池，包括：密封箱；置于所述密封箱内的液体电解质，所述电解质包括硫酸；位于所述密封箱内的气室，在所述气室中收集在所述铅酸蓄电池组内产生的氧气；安装在所述密封箱内并浸入所述电解质中的正电极；安装在所述密封箱内并浸入所述电解质中的具有活性材料的负电极，所述负电极的一段暴露于所述气室内的氧气中；置于所述密封箱中的单向阀，以允许过量气体自所述密封箱中逸出；以及催化剂，所述催化剂使氢气和氧气相化合并且其放置位置使之与所述气室相通。

本发明又提供一种减少铅酸蓄电池中的水消耗的方法，所述铅酸蓄电池具有硫酸的液体电解质、具有活性材料的负电极以及正电极，所述方法包括下列步骤：

(a)在所述液体电解质之上的气室中收集在所述铅酸蓄电池内产生的氧气；

(b)使所述负电极的一段暴露于所述气室内的氧气中；

(c)从所述铅酸蓄电池中排出过量气体；以及

(d)防止所述铅酸蓄电池之外的气体进入所述气室。

由此，水耗降至最低，而电池的无修理寿命延长了。

附图说明

附图用来图解本发明的最佳实施例，将它们插入说明书中并构成说明书的一部分。与前述一般性描述及下面将要给出的最佳实施例的详细描述一道，这些附图可用来解释本发明的原理。

图1为一传统淹没蓄电池的示意图。

图2为一传统阀控蓄电池的示意图。

图3为按本发明制造的蓄电池的示意图。

图4为另一按本发明制造的蓄电池(第二个实施例)示意图，其中正电极完全浸入电解质中。

图5为本发明的第三个实施的示意图。

图6为本发明的第四个实施例的示意图，其中正、负电极之间有一海绵状隔板。

图7为一与图3所示类似的蓄电池的示意图，包括一催化剂。

图8为本发明又一个实施例示意图，其中导线均完全浸入电解质中。

图9为两个传统蓄电池及按照本发明的一个半淹没蓄电池的气体排出量对时间的曲线图。

具体实施方式

现在，将通过一以“半淹没”蓄电池形式的实施例来说明本发明。该蓄电池结合了传统淹没蓄电池的一些特点及传统阀控蓄电池所用的氧气循环。

图3展示了这样一种铅酸性类半淹没蓄电池的最简单形式。半淹没蓄电池10含有一本领域常见的不透气密封箱12。箱内装有液体电解质14，其液面标记为16。一个由液面16和箱12的上方内壁围成的气室18收集自电解质14冒出的气体。

图中的具有活性材料正电极20支撑并浸在电解质14里。正电极20可以本领域典型的板状构成。图中的具有活性材料的负电极22中也支撑并浸在电解质14里。负电极也可类似地做成板状。这里所描述的各类蓄电池中所用的电极通常都做成板状，因而在本领域常称为极板。可见，本文中的电极和极板可相互换用，但应明白本发明并不限于板状电极。

正负极板20和22分别由导线28和30与正、负端24和26相接。正、负板板20和22间有一传统的刚性但却是多孔的隔板32以防正、负极板20、22之间的电接触。

如图所示，电解质14的液面16设定为稍低于极板20和22的顶部，其中负极板22处于液面之上的那一极板段36暴露在气室18中的氧气里。也即，这些极板被设定为部分地暴露于电解质14上面的气室18中。

通常，对于如图1所示的传统淹没蓄电池，如果极板露出电解质，空气中的氧气会经通气盖进入电池，使负极板露出的部分氧化而放电。这就解释了为什么在大多数淹没蓄电池的容器边上刻有一最低水平线，电解质降到此线以下是不允许的。

然而，在如图3所示的本发明中，因配置有一单向卸压阀，就象在阀控制电池中一样，可防止外面的氧气进入，并可让过量气体放出而不让其电池内超压。

在充电过程中，在半淹没蓄电池中所进行的氧体循环与在传统的阀控蓄电池内所进行的一样，但只有负极露出的那部分参加反应，且氧气循环是电解质表面上方进行，而不象在传统的阀控制蓄电池里那样穿过隔板。这样做最明显的好处是每一负极板的大部分是浸在电解质里，从而免遭电池大气中的氧气的破坏性作用。

图4展示一个对本设计进行的修改结构，电池38与图3所示电池10类似，其相同部件对应的标号也相同。这里，正极板20完全浸入电解质14中。由于只有负极板露出的部分参加氧气循环反应，正电极20如果有必要可一直浸埋在电解质里。

参看图5，对基本设计的另一修改就是将负极板22做成如下形状：与氧气接触的极板段36从电解质液面向上伸展为一凸板40。这方便了对电解质液面的调控，特别是对于那些靠边放置或含短而宽极板的蓄电池。如果凸板置于整个负极中部，则无液面安装效应同样会被降至最低。要注意的是与氧气接触的极板段36并不限于图中所示的具体例子，可以包含部分浸于电解质14部分与液面16上部的氧气接触的独立小极板。当然，这种小极板应与负极电连接。

图6所示为本发明另一实施例，在其半淹没设计中使用了海绵状隔离器。对于较大充电电流，通常用较短充电时间，可暴露较大负极板表面区域。在后种情况下，离子路径可能太长，致使不能保证电极的均匀充、放电。为了克服这一缺陷，可添加海绵状隔离器或用以取代传统隔板，其安置方式与含玻璃纤维板的传统阀控蓄电池中的情形相同。

参见图6，半淹没蓄电池44的构造类似于图3所示，在正、负极板间增加了海绵状隔离器46，部分浸于电解质14中、部分延伸出电解质14的液面之上。

用作海绵状隔离器46的合适材料最好用直径为10微米以上的粗玻璃纤维或别的具有合适性质的材料。这里选用的玻璃纤维板不必象阀控蓄电池所要求的那样是有很强的吸收性能(通常阀控蓄电池所用的玻璃隔板是用很细的玻璃纤维做的)，而是只要有相对较弱的吸收性便可。举例来说，图2所示的传统阀控蓄电池就没有可定义的电解质液面，这是因为海绵状隔板起着类似吸墨水纸的作用-将电解质液面分散至整个蓄电池。电池箱内无游离电解质，因为即使蓄电池倒置也无电解质溢出。

与此相反，在本实施方案中，酸液面的定义十分明确。“弱芯吸”的用意在于将电解质片上吸几厘米为两极板之间提供额外的离子路径。这好比油灯的芯，它自液体里出来后带有一定的液面。如果将油灯制造成类似于传统的阀控蓄电池，那么所有的油就全包含在灯芯里了。

与传统阀控蓄电池不同，电解质的固定化在本例中不是所希望的。本发明的蓄电池如果穿孔会象淹没蓄电池一样有外泄，这里的目标是制造一种保留全动电解质的真正有益之处的重组蓄电池，这些益处包括：与极板更好的离子接触、更好的热传递以及别的后面将要论述的好处。本变形实例中的额外海绵状隔离器只是帮助为高于通常电解质液面的极板间的离子路径提供较通常范围要大的极板与气室的接触。除了弱吸收材料在阀控蓄电池中用到的强吸收材料也可使用，只要饱和度减小或提供如孔道一样的穿过材料至极板的氧气通道即可。

具体到技术细节上来讲，尽管传统阀控蓄电池要求90％～95％的隔板饱和度，且低于此便不工作，人们却要瞄准20％～7 0％的饱和度，最好是约40％。目标是一种尽可能有利于极板间的氧气传递的海绵状隔离器。例如，多孔隔离器即可。在本发明的蓄电池中，是定义的电解质液面之上的外露程度控制着氧气循环的程度，而非隔离物的平均饱和度。

进一步改进可通过催化剂来实现。图7所示为本发明的蓄电池48，具有类似图3所示的半淹没结构。催化剂50可与气室18中的气体产生作用，能将氢气和氧气化合成水。在本实施例中，将催化剂置于气室18中。任何能化合氢气和氧气的催化剂都行，例如，贵金属中的钯、铂和铑以及非贵金属中的碳化钨。最好将气室18中的催化剂包上一层限制爆炸的陶瓷材料。催化剂应置于气室18中或与之相接，一个较好的例子是将催化剂与可移动通气塞形式的卸压阀34结合在一起。

由我公司进行的测试清楚地表明可化合氢和氧的催化剂装置能显著延长一般阀控蓄电池的寿命，特别是对半淹没式结构。许多设计人员可能会认为由于阀控蓄电池本身可“化合”，故催化剂是多余的。然而，这里的“化合”这一术语非常有误导性，这是因为阀控蓄电池中化合氧气而不能化合氢气。另一方面，催化剂可化合这两种气体正是这种差异使得它非常有益。

下面让我们来看一看一次测试的结果的例子。其任务是比较5个带催化剂的阀控蓄电池与5个标准阀控蓄电池的排气量，后者如前所述与水耗直接相关，从而牵涉到使用寿命，测试在32摄氏度数(90华氏度数)和每个电池2.25伏充电电压下进行；这些条件对于通常的应用是非常典型的。将所有蓄电池的排气收集起来，可得如下令人吃惊的结果：

标准蓄电池的预测使用寿命            5年

带催化剂蓄电池的预测使用寿命        25年造成如此非常大的改进的原因实质上归功于催化剂氧化氢气的能力。加上半淹没式构造，提供了独一无二、崭新且大有改进的VR蓄电池。

进一步的改进可参见图8，其中将正、负导电片均浸入电解质中。连接负极板和电池外面的负端的负片会腐蚀掉。与导片54接触的氧气可与导片54的湿表面上的氢离子化合而变成水。生成的纯水会溶解导片54。因此，象图示那样将导片54完全浸埋于电解质14里可保护导片54免遭腐蚀。

实验数据

为了对传统蓄电池与那些根据本发明改进的电池的性能进行比较，在我公司作了若干测试。在其中一次测试中，三个铅酸性蓄电池串接以便充电时收到等量电流。电池属小型固定式，具有36安培小时标称额。极板是用铅-钙合金制造的。这种合金的目前美国的淹没和阀控蓄电池设计中应用相当普遍，它是特意用来使氢气的产量降至最低。

上述蓄电池中的两个属传统淹没式构造，具有淹没蓄电池的通常电解质标高。第三个基本一样，只是电解质标高有所降低，从而像上面对本发明的半淹没蓄电池所作的讨论那样部分暴露了负极板。电解质标高降低以便让负极板高度7％的那部分极板段露出液面。

卸压阀(单向阀)装在所有蓄电池的通风系统中以防止空气进入电池内。

三个蓄电池串联放置并在固定的24毫安电流充电。两个未经改动的蓄电池的电压分别为2.37和2.41伏。经改动的，成半淹没蓄电池的电压为2.22伏，表明通过氧气循环引起了显著的去极化。

对蓄电池配备有气体收集装置，从而将自每个蓄电池排出的气体收集在位于水槽中的倒置量筒里。气体收集耗时12天，所得数据被作成如图9所示的曲线图。众所周知，由于排气量与水耗有关，故放出的气体量减少，电池的水耗也就越少。

根据法拉弟定律，每安培小时的过量充电在室温下产生大约770立方厘米氢气和氧气。由于三个测试电池中的每一个每天接收相同的0.56安培小时过量充电，其理论最大放气速率可推测为大约每天400立方厘米。实际上，实测值总是低于理论值，这是因为负极板即使浸入酸中也会吸附部分氧气。

正如所料，两个未改动的蓄电池以较接近理论值的速率放气。高压电池放气的速度较低伏电池为高，这同样是在预料中。

以下为以每天、每100安培小时电容量下产生多少毫升气来计量放气量：

半淹没蓄电池#1＝12.7毫升/天/100安培小时

淹没蓄电池#2＝246毫升/天/100安培小时

淹没蓄电池#3＝361毫升/天/100安培小时

由上可见，半淹没蓄电池的放气量几乎比淹没式电池低28倍，其运转方式为传统结构设计的最佳VR电池的类型。在所有情形下，在12天的测试周期内，放气速率稳定且均匀。毫无疑问，半淹没蓄电池的设想非常见效。

在本测试中，将电池里的电解质标高降低以便占负极板高度7％的那部分极板段露出液面。一般地，传统阀控蓄电池按设计只将其表面的5％外露，这是通过调节其隔板的饱和程度来达到的。显然，这是在相同的数量级上。对于较低的充电电流(或电压)，可少露极板。注意，对油纵横比的极板来说，其最佳液面下降幅度不同：外露极板面积百分比相同时，高、窄板比起短、宽板需要较大幅度的液面下降。实际上，合适的负极板暴露程度取决于所期望的电池性能，最好能落在起作用的极板面积的约0.25％到约25％之间。

甚至更鼓舞人和令人惊讶的是我们的半淹没蓄电池比传统结构的生产用阀控蓄电池的性能还要好。这是一个重要的发现，值得进一步加以说明。

传统阀控蓄电池几乎无一例外地消耗水，尽管其速率比起淹没式要低得多。当电池中的水的10％被消耗掉后，电池的电容即下降至坏死点，这时的电池可以认为已接近使用寿命的终点。对于本发明的铅酸性结构，每年每100安培小时电容量下可失水约5克。

应用周知的计算方法，这水耗可换算成蓄电池一生的平均气体(氢气)排放速率(计算结果表明目前的阀控蓄电池结构每天每100安培小时下不可损失超过约20毫升的气体，否则便会因干枯而提前报废。

为了检查阀控蓄电池的实际性能，我们测试了6个由大蓄电池公司制造的传统阀控蓄电池，发现只有一个达到了目标速率。也即6个蓄电池中有5个不可能完成其设计寿命。这些蓄电池中大多数的放气速率一般高于允许值20毫升/天的二或三倍，表明其实际寿命将远远短于20年的设计寿命。

相反地，本发明的半淹没蓄电池放气的速率只有12.7毫升/天/100安培小时，远小于允许值并对应于约30年的预计寿命。该数据显示，半淹没蓄电池不仅化合得令人满意，且化合得比大多数传统阀控蓄电池要好。由此可得出结构，就少维修这一主要要求来讲，半淹没蓄电池超过了传统阀控蓄电池。

半淹没蓄电池的其它好处

即时放气稳定性。半淹没蓄电池在开始运作后即刻取得较低的放气速率非常重要；该电池并不象传统阀控蓄电池那样通常需要数月时间才能稳定放气。这表明半淹没蓄电池操作起来比传统阀控蓄电池少变。由于放出的气体主要为氢气且是有爆炸性，这种稳定性就给蓄电池使用者保证了安全。如果新的传统阀控蓄电池初用时段过量放气，就可能会以电池房引起爆炸事故。

不易发生热量失控积聚。半淹没蓄电池的另一好处是引出的电流比通常的阀控蓄电池要小，从而降低了电池温度。结果，也就更不易发生热量失控积聚，即发生升温引起电流增大，继而又进一步升温等这一死循环，直至电池报废。较低的温度还会增加电池寿命。

更好的热传递。半淹没蓄电池超过传统阀控蓄电池的另一优越之处是具有较高的由内向外的热传递速率。这是因为前者的液体电解质与电池容器的接触要好于后者的海绵状玻璃纤维隔板。

更易检查。半淹没蓄电池与传统阀控蓄电池相比的一个非常重要的好处是检查起来容易。计算机和电信系统的紧急备份需要用到备用电池；蓄电池失效是完全不能容许的，用户需要一种估计电池健康状态的方法。在传统的阀控蓄电池里，通过不透明的墙壁既看不见电解质液面也看不清电极板状况，且至今还未有不经过昂贵的放电测试就可对电池进行检验的满意的方法。(注：目前正提介在传统阀控蓄电池上配备十分昂贵的自动数据记录仪，以便尝试着预报即将临近的电池失灵)。相反，对于半淹没结构，可将容器做成透明的，且只需稍作改动便可将用于淹没蓄电池的尝试和测试程序借过来用。由于易于检查，半淹没蓄电池的系统可靠性将会得到改善。

低压化合。另一好处是半淹没蓄电池的氧气循环非常有效率，因而可在电池盖内无明显压力(即小于3.45千帕斯卡(0.5psi磅/平方英寸，1psi＝0.070kg/cm²)下进行。这与传统阀控式结构中需要将卸压阀设在1.5psi到10psi之间形成鲜明对比。这样，电池容器并不需要像在传统阀控蓄电池里那样用钢加固以防凸出。因而，半淹没蓄电池的造价会较传统的为低。

更多可用电解质。与传统阀控蓄电池的海绵状隔板所含电解质的量有限不同，半淹没蓄电池是有潜在的更多可用电解质。例如，极板可置于超大容器中有目的的提供更多的水。换言之，与传统阀控蓄电池相比，半淹没蓄电池同时具有较大的存水量和较低的水耗。

较低酸度。更进一步，对于铅酸性蓄电池，由于有了较大的可用水储备，酸的强度(或密度)自然减小，从而更有利于长寿。因此，半淹没蓄电池的预计寿命比传统阀控式长。

可调液面。半淹没蓄电池的又一优点是可改变电解质液面使得或多一点或少一点的极板面积外露，以此达到调节电池性能-特别是化合性能的目的。这种改变可在出厂前做也可就地进行。因此，半淹没蓄电池可根据应用需要定做，这一特点是传统阀控蓄电池所不具备的。

可预报的老化模式。传统阀控蓄电池的水耗模式非常复杂，几乎不可能加以控制。例如，水耗可能在海绵状隔板的某一区高，但在另一处却不高，形成无数分布的干点；水耗也可因隔板受压而受到影响(因为压缩影响孔径尺寸)；水还可能从隔板流至极板(因为后者的孔径小)，进而影响电池的电容量。

半淹没蓄电池消耗水是按照可预测的方式进行的-标高像在淹没蓄电池里的情形一样只是下降(但慢很多)。电解质液面以下的所有极板部分都均匀地淹没在电解质里，与隔板的受压或孔径或类型无关。此外，计算这种液面下降不难，因此也就容易预报电池寿命。对我们的试验用蓄电池，我们计算出在20年使用期内电解质液面将下降负极板高度的7％。由于电池通常预料会在此期间由于正极板的限制失去20％的电容量，这是一个相当可以接受的数字。不管怎样，如果在蓄电池的整个使用寿期内要求负极板电容量是满的，可很容易地将初始负极电容量增加7％来补偿。

简化了的紧急加水。如果阀控蓄电池漏水-一种十分觉的毛病，电池就会干涸。这时，只要加水，蓄电池又恢复工作。传统阀控蓄电池中存在的问题是没有可见的液面标高，因而无法方便地估计出要加的水量。半淹没蓄电池则不然，这里标高是可见的，因而可清楚知道该加多少水。

改变为最好的充电电压

如果将淹没蓄电池转换成半淹没式，最好降低充电电压以获得最高电池寿命。一个典型的电话用淹没蓄电池(铅酸性)充有约100毫伏的过压。一般地，这个电压数由正、负两电极分担，各得50毫伏。

对于半淹没蓄电池，负极板受到氧气循环的“去极化”，以致正常运作时在负极板上很少或没有电压。因此，如果用分配给淹没蓄电池的同样充电电压，则正极板将获得整个100毫伏过压。这会增加正极板的腐蚀速率，因而在一定程度上影响了电池的寿命。

因此，半淹没蓄电池的浮动电压最好有所降低，其下降幅度视应用和电池结构而定。为了获得最长寿命(最小的正极板腐蚀)，正极板电压应维持在30～70毫伏间。

应当指出上述描述用于说明本发明的某些实施方案，而不是框定本发明的应用范围。本发明只受其权利要求的限制。

Claims (21)

1.一种铅酸电池，包括：

密封箱；

置于所述密封箱内的液体电解质，所述电解质包括硫酸，其液面构成所述密封箱内收集氧气的气室的底部；

至少部分地浸入所述电解质中的正电极；

具有活性材料的负电极，所述负电极浸入所述电解质中并且部分地露出所述液面之上；以及

装在所述电池上的卸压阀，以允许气体自所述密封箱中选出，同时阻止所述密封箱之外的氧气与所述负电极接触。

2.根据权利要求1的铅酸电池，其中所述正电极完全浸入所述电解质中。

3.根据权利要求1的铅酸电池，其中所述负电极包括一极板，该极板具有包括活性材料并延伸至所述液面之上的极板段。

4.根据权利要求3的铅酸电池，其中所述极板段是所述极板的一个完整部分。

5.根据权利要求1的铅酸电池，其中所述负电极露出所述液面之上的数量在所述负电极面积的0.25％到25％之间。

6.根据权利要求1的铅酸电池，进一步包括将负极板连接到装在所述密封箱之外的负端的负片，其中所述负片浸没于所述电解质中。

7.根据权利要求1的铅酸电池，进一步包括使氢气与氧气相化合并与所述气室接触的催化剂。

8.根据权利要求7的铅酸电池，其中所述催化剂选自包括钯、铂、铑或碳化钨的组。

9.根据权利要求7的铅酸电池，其中所述催化剂与通气塞形式的所述卸压阀结合在一起。

10.根据权利要求1的铅酸电池，进一步包括置于所述正电极与所述负电极之间的隔板。

11.根据权利要求10的铅酸电池，其中所述隔板包括由吸收性材料制成的海绵状隔板，该海绵状隔板具有部分地浸入所述电解质中的一个部分，并且其另一部分则与露出所述液面之上的所述正电极、负电极接触。

12.根据权利要求11的铅酸电池，其中所述海绵状隔板包括具有至少10微米厚度的玻璃纤维。

13.一种铅酸蓄电池，包括：

密封箱；

置于所述密封箱内的液体电解质，所述电解质包括硫酸；

位于所述密封箱内的气室，在所述气室中收集在蓄电池单元内产生的氧气；

安装在所述密封箱内并浸入或部分地浸入所述电解质中的正电极；

安装在所述密封箱内并浸入所述电解质中的具有活性材料的负电极，所述负电极的一段暴露于所述气室内的氧气中；

置于所述密封箱中的单向阀，以允许过量气体自所述密封箱中逸出；以及

催化剂，所述催化剂使氢气和氧气相化合并且其放置位置使之与所述气室相通。

14.根据权利要求13的铅酸蓄电池，其中所述正电极形成为正极板，而所述负电极形成为负极板。

15.根据权利要求14的铅酸蓄电池，其中所述负极板暴露于所述气室内的氧气中的数量在所述负极板面积的0.25％到25％之间。

16.根据权利要求14的铅酸蓄电池，还包括位于所述正、负极板之间的隔板。

17.根据权利要求16的铅酸蓄电池，其中所述隔板包括海绵状隔板，该海绵状隔板具有部分地浸入所述电解质中的一部分以及与露出所述液面之上的所述正、负极板接触的另一部分。

18.根据权利要求15的铅酸蓄电池，还包括位于所述正、负极板之间的隔板，以及还包括与所述气室相通的催化剂。

19.一种减少铅酸蓄电池中的水消耗的方法，所述铅酸蓄电池具有硫酸的液体电解质、具有活性材料的负电极以及正电极，所述方法包括下列步骤：

(a)在所述液体电解质之上的气室中收集在所述铅酸蓄电池内产生的氧气；

(b)使所述负电极的一段暴露于所述气室内的氧气中；

(c)从所述铅酸蓄电池中排出过量气体；以及

(d)防止所述铅酸蓄电池之外的气体进入所述气室。

20.根据权利要求19的方法，还包括以下步骤：

(e)利用催化剂，使所述铅酸蓄电池内的氧气与氢气重新化合，以形成水。

21.根据权利要求20的方法，其中利用卸压阀来完成步骤(c)和步骤(d)，并且步骤(e)的催化剂与所述卸压阀结合在一起。

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