近幾年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，電力、通訊、計(jì)算機(jī)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(gè)高成長(zhǎng)時(shí)期，對(duì)蓄電池的需求日益增長(zhǎng)。想知道為什么蓄電池會(huì)出現(xiàn)失效現(xiàn)象，請(qǐng)聽(tīng)鈺鑫電氣小編淺談蓄電池失效的化學(xué)原理！
蓄電池失效模式有早期容量損失、溫度對(duì)充電的敏感、負(fù)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(wú)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(guò)程，內(nèi)部不斷地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這個(gè)過(guò)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(guò)程都有氣體發(fā)生，氫氣與氧氣的析出對(duì)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(dāng)電池正板柵腐蝕量達(dá)到35%時(shí)，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(xué)不穩(wěn)定性的影響，發(fā)生陽(yáng)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(dǎo)電性能變差，內(nèi)阻增大，導(dǎo)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(dǎo)電粒子電子不斷地自微電池負(fù)極向正極遷移，使鉛基腐蝕為氧化鉛。
負(fù)極板硫酸化：負(fù)極板放電產(chǎn)物硫酸鉛呈較小顆粒，充電時(shí)很容易恢復(fù)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(shí)不能還原為絨狀鉛，這種負(fù)極板成為被硫酸鹽化，負(fù)極板容易出現(xiàn)硫酸鹽化原因包括，長(zhǎng)期供電不足，高溫下長(zhǎng)期深放電，長(zhǎng)期放電擱置，高型極板中電解液濃度分層和電池失水等。
負(fù)極板鈍化：低溫和大電流密度下放電時(shí)，負(fù)極很容易發(fā)生鈍化。負(fù)極板鈍化原因是負(fù)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(jìn)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(jìn)入電解液，進(jìn)而發(fā)生水解生成或離子，導(dǎo)致金屬銻發(fā)生偏析，這些物質(zhì)擴(kuò)散或電遷移達(dá)到蓄電池負(fù)極周圍，，由于電勢(shì)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(fù)極表面，減少負(fù)極活性物質(zhì)表面積。
VRLA蓄電池每1Ah（10小時(shí)率）理論容量需要硫酸量為3.66g，實(shí)際上設(shè)計(jì)用量約為5.48g，由于電解液總量一定，電池一旦失水過(guò)多，必將造成電池輸出容量的減少。
導(dǎo)致電池水損耗的因素有：正極板柵腐蝕、電極自放電、浮充過(guò)程水分解、密封不嚴(yán)、充電機(jī)紋波系數(shù)過(guò)大等。
氧氣析出：正極有氧氣析出
在鉛酸蓄電池整個(gè)壽命周期均有氧氣發(fā)生，主要是因?yàn)檎龢O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(fù)極有氫氣析出
硫酸鉛還原為鉛，氫離子還原為氫氣兩個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，但由于兩個(gè)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(kāi)平衡電極電位0.9V才有可能。
充滿電的鉛酸蓄電池在儲(chǔ)存期的鉛酸蓄電池負(fù)極析氫過(guò)電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于析鉛過(guò)電位，但在充電末期，由于負(fù)極的平衡電極電位向負(fù)方向增值，離析氫電位很近，甚至達(dá)到析氫過(guò)電位，因而析氫。
長(zhǎng)期開(kāi)路擱置狀態(tài)，氧化鉛與硫酸溶液反應(yīng)如下
電池充電時(shí)的狀態(tài)，電池充電過(guò)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?yàn)檠鯕庠谡龢O氧化鉛表面生成，而正極充反應(yīng)既要氧化鉛作為導(dǎo)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(yán)重不均勻產(chǎn)生濃差電池，加速析氧過(guò)程。
當(dāng)電池處于充電狀態(tài)，電池溫度發(fā)生一種累積性的增強(qiáng)作用，當(dāng)增溫過(guò)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(yùn)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(fù)雜綜合因素，多發(fā)生在貧液式電池，不少學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)研提出各種論點(diǎn)，包括電池內(nèi)水的損耗、無(wú)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(guò)程是綜合的、復(fù)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(yùn)維工作呢？
通過(guò)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(dāng)電池內(nèi)部水減少的過(guò)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(xué)反應(yīng)受到影響，電池的歐姆內(nèi)阻也會(huì)發(fā)生變化。蓄電池負(fù)極酸化的變化過(guò)程，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)參與化學(xué)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(huì)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(guò)程同樣會(huì)導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，從而導(dǎo)致蓄電池內(nèi)阻變化。同樣的，電池內(nèi)部熱失控過(guò)程，會(huì)引起內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的變化，同時(shí)偏離比較大的溫度，對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷，這些過(guò)程都會(huì)引起內(nèi)阻的變化。
不難看出，蓄電池從健康到失效的過(guò)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(cè)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(shí)由于電池內(nèi)阻阻值量級(jí)很小，在電池失效過(guò)程中，內(nèi)阻的變化量也是非常小的， 所以，內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)、內(nèi)阻測(cè)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(cè)類產(chǎn)品的質(zhì)量和研發(fā)，通過(guò)與華北電力大學(xué)、河北大學(xué)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(cè)系統(tǒng)，從而滿足用戶的個(gè)性化定制需求。如果貴公司想定制蓄電池監(jiān)測(cè)接入方案，歡迎點(diǎn)擊客服或電話咨詢。
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