CN1337073A - 铅蓄电池的电解液组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于铅蓄电池的电解液组合物,通过提高蓄电池的性能和寿命,在低温下其可以保持蓄电池的性能。由于具有更高的电流效率,其也能够在短时间内使其处于完全充电状态。由于本发明能有效地去除白蚀硫酸铅而不腐蚀电极板,因此其也能够延长蓄电池的寿命,并且其还可以使由于白蚀硫酸铅而损坏的废蓄电池重新利用。

Description

铅蓄电池的电解液组合物
技术领域
本发明涉及一种用于铅蓄电池的电解液组合物，其在低温下通过提高蓄电池的性能和寿命而保持蓄电池的性能。由于具有更大的电流效率其能在短时间内处于完全充电状态。由于能有效地去除白色硫酸铅而不腐蚀电极板本发明也能延长蓄电池的寿命，以及可以使由于白色蚀点硫酸铅所损坏的废蓄电池重新再利用。
技术背景
铅蓄电池是一种具有最长历史的蓄电池。随着时间的推移，对铅蓄电池进行了许多改进，并且广泛地使用它们，如用于汽车、应急电源和蓄电标准。现在铅蓄电池占整个二次电池产量市场的近90％的份额。
铅蓄电池是由一个阳极板(PbO2)、一个阴极板(Pb)和电解液组成。通过放电两个电极都转变成硫酸铅(PbSO4)。阳极板的过氧化铅(PbO2)是通过铅或氧化铅的电解氧化而制成的。这种活性物质是多孔的并具有大的易于反应的合适面积。此时，尽管需要防止由于伴随充电和放电而产生的膨胀和收缩崩塌或脱落，在放电期间产生的硫酸铅将损坏阳极板的活性物质的性能，总之，这是影响蓄电池寿命的主要原因。
为了解决上述问题，通过将改进的合成物质用作电极的活性物质对寿命限制进行了研究。尽管有通过改善电解液特性而提高寿命限制的方法，但是在这方面的研究还是相当不够的。
韩国专利公开说明书No.83-1674公开了一种制备电解液组合物的方法，其降低了铅蓄电池中的硫酸的数量，并在其中加入了硫酸镁、硫酸铝和氟硼酸胺。但是，由于解决了传统硫酸电解液的问题，其仅仅有一点提高，因此其还不能广泛地进行实际应用。韩国专利公开说明书No.98-127040公开了一种电解液组合物，其是通过将如苛性钠的化合物加入到硫酸电解液中而制成的。但是，由于苛性钠与硫酸(即主要成分)发生中和反应，该本发明在实际应用中有一定的问题。
本发明的叙述
本发明的目的在于解决上述问题，或提供一种用于铅蓄电池的电解液组合物，其通过从传统的硫酸电解液去除硫酸而提高蓄电池的性能和寿命。
本发明的用于铅蓄电池的电解液组合物是由将0.5～1.7wt％的硫酸钴(CoSO4)、40～50wt％的硫酸镁(MgSO4)、0.2～0.8wt％的氯化胺(NH4Cl)、15～25wt％的氯化铝(AlCl3)和0.05～1.0wt％的烟酸加入到100份蒸馏水中所组成的。作为混合这些组合物的方法在该技术中通常已知的方法都可以使用。
作为本发明的电解液组合物其各自成分数量的上限是通过使其达到最大电流效率而确定的，而其下限是由电解液组合物所达到性能效应而限制的。
传统的铅蓄电池在快速充电期间可能会经受性能的下降或炸裂。但是，使用本发明的电解液组合物的蓄电池，由于其具有更高的电流效率而在短时间内就可处于完全充电状态。本发明能够有效地去除白色蚀点硫酸铅(PbSO4)而不腐蚀电极板。换一句话说，本发明防止了白色蚀点硫酸铅的产生，其是缩短蓄电池寿命的主要因素。因此，本发明将延长蓄电池的寿命，以及可以使由于白色蚀点硫酸铅而损坏的废蓄电池重新再利用。
另外，本发明的电解液组合物是比重为1.15～1.17，其比传统的硫酸电解液(接近1.28)要更低。在使用本发明的电解液组合物的蓄电池的情况下，也可以降低电池的重量。
再者，本发明可以用作电动汽车的蓄电池，其能解决有关寿命、效率和快速充电方面的普遍问题。通过下面更具体的实施方案和实施例将会了解本发明。不过，下面的实施方案仅仅是说明本发明的目的，因此其并不打算限制本发明的保护范围。
附图的简要说明
图1是用于充电和放电的试验装置的外观图。
图2是说明随着本发明的电解液和传统硫酸的电解液电流变化对放电的影响的曲线。
图3是说明随着本发明的电解液和传统硫酸的电解液温度变化对放电的影响的曲线。
图4是在充电时本发明的电解液和传统硫酸的电解液比重的比较曲线。
图5是在放电时本发明的电解液和传统硫酸的电解液比重的比较曲线。
图6是在连续充电和放电期间说明本发明的电解液和传统硫酸的电解液放电的效果曲线。
图7是在6V-10W负荷下，本发明的电解液和传统硫酸的电解液的放电电压的示意曲线。
图8是在6V-15W负荷下，本发明的电解液和传统硫酸的电解液的放电电压的示意曲线。
图9是在12V-100W负荷下，本发明的电解液和传统硫酸的电解液的放电电压的示意曲线。
图10是在12V-150W负荷下，本发明的电解液和传统硫酸的电解液的放电电压的示意曲线。
实现本发明的最佳方案电解液组合物的制备
通过将1.0wt％的硫酸钴、50wt％的硫酸镁、0.3wt％的氯化胺、20wt％的氯化铝和0.07wt％的烟酸加入到100份蒸馏水中而制备本发明的电解液组合物。
实施例1
测试上述的电解液组合物和传统的硫酸电解液(33.3wt％的硫酸)的充电和放电特性。在本发明中用于充电和放电的试验装置如图1所示。对于电池部件(电压为4V，电流为2A)其是由4个阳极板(2)和5个阴极板(1)、分别注入其中的本发明的电解液和硫酸电解液所组成。使用Potentiostat/Galvanostat 5(MRV-350A IMACE Co.)通过导线与电池组连接而测量充电和放电特性。这时使用蓄电池试验装置6来调节电压。然后，在保持电解液温度下，测量随着电流和温度的变化的放电特性。在该技术中一般使用的温度控制室4、计算机7、热电偶8、温度调节器9和用于蓄电池的冷却的装置10在本实施例中都可以使用。在本实施方案中阳极板和阴极板的数量可以根据环境而有所不同。
另外，测量下面的参数：在充电和放电时本发明电解液的和硫酸电解液的比重变化；和通过连续的充电和放电铅蓄电池性能的下降。这些结果示于图2、3、4、5和6。
如图2所示，本发明的电解液(b)比硫酸电解液(a)具有更高的放电容量。如图3所示，随着温度的增加，本发明的电解液(b)比硫酸电解液(a)具有更高的放电效率。特别是在0℃时放电容量有很大的差异。因此，本发明的电解液在低温下具有很好的放电效率。
如图4所示，与本发明的电解液相比较，硫酸电解液表明在充电时在更大的比重下具有更陡的上升曲线。如图5所示，与本发明的电解液相比较，表明在放电时在更大的比重下，硫酸电解液开始下降，并且其最终的比重要高于本发明的电解液。如图6所示，在使用硫酸电解液(a)的情况下，通过进行重复充电和放电，表明其放电容量迅速下降，而在使用本发明的电解液(b)的情况下，在重复充电和放电后，其放电容量几乎没有变化。实际上，在通过重复充电和放电后，其放电容量还有小量的增加。
实施例2
通过使用本发明的电解液组合物和传统的硫酸电解液测量了它们的放电电流特性。为了测量放电电流，使用2个具有最大功率为10W的电阻2.2和使用2个具有最大功率为10W的电阻5用作6V-10W的载荷(总电阻为3.66Ω)，或使用3个具有最大功率为10W的电阻2.2和使用3个具有最大功率为10W的电阻5用作6V-15W的载荷(总电阻为2.46Ω)制成载荷电路。这些结果示于图7(6V-10W的载荷)、图8(6V-15W的载荷)、图9(12V-100W的载荷)、图10(12V-150W的载荷)和表1中。
表1
      6V-10W        6V-15W       12V-100W         12V-150W
  PI   H2SO4   PI   H2SO4   PI   H2SO4   PI     H2SO4
  初始电压(V)   5.68   5.68   5.616   5.603   12.177   12.06   11.931     11.92
  测试电压(V)   5.14   5.35   5.094   5.181   10.200   10.894   10.203     10.344
  所耗时间(分钟)   60   30   40   20   170   130   85     70
*PI：本发明的
如图7、8、9和10所示，本发明的电解液的电压曲线在放电时是缓慢形成的。在另一方面，硫酸电解液所显示并不是这种缓慢的特性。再者，在使用本发明的电解液的情况下，电压下降所花的时间要更长。如上述表1所示，本发明电解液比传统的硫酸电解液直到电压发生下降时所需的时间更长的多。
实施例3
将本发明的电解液放入蓄电池(24V-120A)(其已经使用了两年多)中与传统的硫酸电解液进行了比较。通过使用120安培的直流(DC)调压器用作整流器，对下面的参数进行了测试：电解液的稳定性、毒性、腐蚀性、随着充电和放电时间电压的变化、蒸馏水的补充以及在电极板上白蚀硫酸铅的状态。这些结果示于表2。表2
    项目     传统的硫酸电解液     本发明的电解液
    稳定性     对人体有害需小心处理     对人无毒，易于处理
    毒性     有刺激性气味     无刺激性气味
    腐蚀性   在端极、接线极板处有腐蚀     无腐蚀
 对充电的影响     2.00V～2.45V     2.20V～2.65V～2.85V
 对放电的影响     2.00V～1.80V     2.20V～1.80V
 蒸馏水的补充     需要补充     不需要补充
  白蚀硫酸铅 产生白蚀硫酸铅，并附着在极板上 即使原有附着在极板上的白蚀硫酸铅也消失了
与传统的硫酸电解液相比，本发明的电解液是易于处理的。其没有刺激性气味对人体无害。另外，在蓄电池和导线的接线端不会产生白蚀硫酸铅。由于其不必补充蒸馏水，可以防止杂质的渗入。
本实施例使用的蓄电池是已经使用了两年多的，其也产生了白蚀硫酸铅。这种硫酸铅在整个极板上都严重地产生了，其致使化学能转化低下。因此，这些废电池将降低作为蓄电池的性能，如电极的脱落、降低蓄电池的容量等。不过，在将本发明的电解液注入其中使用20小时后，在电池上的白蚀硫酸铅完全消失了。
实施例4
将本发明的电解液注入使用了同样年头的蓄电池(320AH)中。用同样的方法与充满硫酸电解液的蓄电池比较它们的性能。为了评价效率，测量了下面的参数：在隧道级为1/175的有1500m行驶距离的矿用电机车所行使距离数、矿用安全灯的放电时间等。在这里的测量中使用了硅整流器、5吨尺寸的电机车和4V-12AH的矿用安全灯。这些结果示于表3和4中。表3
    项目  放电的数量   电压          工作数量  备注
(2吨)空车进入时(总数) (2吨)新车出来时(总数)
传统的硫酸电解液     (1次)130AH   2.0V     20     30
    (2次)170AH   1.4V     30     40 不能使用
  本发明的电解液     (1次)250AH   2.0V     50     42
    (2次)250AH   1.9V     40     30
    (3次)250AH   1.9V     58     45 不能使用
表4
    项目   平均放电时间     备注
传统的硫酸电解液     9：08     报废
    8：13     报废
    9：20     报废
    9：41     报废
  本发明的电解液     12：53     良好
    11：56     良好
    12：20     良好
    12：34     良好
如上述表3所示，在使用充满传统的硫酸电解液的蓄电池的情况下，其平均运输的煤矿为120吨。在使用充满本发明的电解液的蓄电池的情况下，其平均运输的煤矿为270吨，这可以确认其效率提高了2倍或更高。另外，与传统的硫酸电解液相比本发明的电解液在充电时具有更快的恢复率，其比传统的硫酸电解液高15％的放电效率。
如上述表4所示，在安全灯的试验中，与传统的硫酸电解液相比在放电时间上本发明的电解液提高了30％的容量。作为传统的硫酸电解液在平均使用5个月后其使用寿命就满了，这样由于其放电时间的下降就阻止了其在隧道工作中的连续使用。但是，作为本发明的电解液，在隧道工作中实际上使用连续工作成为现实。
工业应用如上所述，通过提高蓄电池的性能和寿命，在低温下本发明的电解液可以保持蓄电池的性能。由于具有更高的电流效率，其也能够在短时间内处于完全充电状态。由于本发明能有效地去除白蚀硫酸铅而不腐蚀电极板，因此其也能够延长蓄电池的寿命，总之其还可以使由于白蚀硫酸铅而损坏的废蓄电池重新利用。

Claims (1)

1.一种用于铅蓄电池的电解液组合物，其是由将0.5～1.7wt％的硫酸钴、40～50wt％的硫酸镁、0.2～0.8wt％的氯化胺、15～25wt％的氯化铝和0.05～1.0wt％的烟酸加入到100份蒸馏水中所组成的。
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