脈沖修復(fù)原理

脈沖修復(fù)原理

1什么是電池硫化？

在極板上生成白色堅硬的硫酸鉛結(jié)晶，充電時又非常難于轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛，這就是硫酸鹽化，簡稱"硫化"。

生成這種硫酸鉛的原因是過放電或放電后長期放置時，硫酸鉛微粒在電解液中溶解，呈飽和狀態(tài)，這些硫酸鉛在溫度低時重新結(jié)晶，而在結(jié)晶質(zhì)硫酸鉛是析出。這樣在一度析出的粒子上一次又一次地因溫度變動而生長、發(fā)展，使結(jié)晶粒增大。這種硫酸鉛的導(dǎo)電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度又很小，充電時恢復(fù)困難。因而成為容量降低和壽命縮短的原因。

2產(chǎn)生硫化的原因是什么？

正常的鉛蓄電池在放電時形成硫酸鉛結(jié)晶，充電時比較容易地還原為鉛。如果電池地使用和維護(hù)不善，例如經(jīng)常充電不足或過放電，負(fù)極上就會逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛。這種硫酸鉛用常規(guī)的方法充電很難還原，要求充電電壓很高，由于充電時充電接受能力很差，大量析出氣體。

這種現(xiàn)象通常發(fā)生在負(fù)極，被稱為不可逆硫酸鹽化。它引起蓄電池容量下降，甚至成為蓄電池壽命終止的原因。一般認(rèn)為，這種不可逆硫酸鹽化的原因是硫酸鉛的重結(jié)晶，粗大結(jié)晶形成之后溶解度減少。硫酸鉛的重結(jié)晶使晶體變大，是由于多晶體系傾向與減少小其表面自由能的結(jié)果。

從結(jié)晶過程的規(guī)律可知，小結(jié)晶尺寸的溶解度大于大結(jié)晶尺寸的溶解度。

因此，當(dāng)長期存放或過放電時，大量的硫酸鉛存在，再加上硫酸濃度和溫度的波動，個別的硫酸鉛晶體有人提出與上述完全不同的觀點(diǎn)，認(rèn)為不可逆硫酸鹽化常常與電解液中存在大量表面活性物質(zhì)有關(guān)，這些表面活性物質(zhì)作為雜質(zhì)存在。由于吸附減小了硫酸鉛的溶解度，充電時會使鉛離子還原的極限電流下降。表面活性物質(zhì)也會吸附在正極上，但它不至于引起不可逆硫酸鹽化，因?yàn)檎龢O在充電時進(jìn)行陽極氧化過程，其電勢足以破壞表面活性物質(zhì)，使之被氧化為水和二氧化碳。

防止負(fù)極不可逆硫酸鹽化最簡單的方法是，及時充電和不要過放電。蓄電池一旦發(fā)生了不可逆硫酸鹽化，如能及時處理尚能挽救。一般的處理方法是：將電解液的濃度調(diào)低（或用水代替硫酸），用比正常充電電流小一半或更低的電流進(jìn)行充電，然后放電，再充電......如此反復(fù)數(shù)次，達(dá)到應(yīng)有的容量以后，重新調(diào)整電解液濃度及液面高度。

3電池硫化的危害是什么？

輕微的電池硫化，會降低電池的容量，電池內(nèi)阻增加，嚴(yán)重時則電極失效，充不進(jìn)電。輕微的電池硫化，尚可用一些方法使它恢復(fù)，嚴(yán)重時采用一般的充電方法是不能夠恢復(fù)容量的。

4電池硫化的特點(diǎn)是什么？

硫化的電池最明顯的外特征是電池容量下降，內(nèi)阻增加。當(dāng)然，如果電池失水和正極板軟化也具有這個外特性。鑒別電池是否硫化的方法，往往是采用脈沖修復(fù)儀對電池進(jìn)行脈沖修復(fù)，如果容量上升，就是硫化，如果沒有一點(diǎn)點(diǎn)容量上升，電池容量下降可能是其它原因產(chǎn)生。

5消除電池硫化的方法有幾種？特點(diǎn)是什么？

1）水療法

如果硫化不太嚴(yán)重，可以使用較稀的電解液，密度在1.100g/cn3以下，即向電池中加水稀釋電解液，以提高硫酸鉛的溶解度。并用20h率以下的電流，在液溫30℃～40℃的范圍內(nèi)較長時間充電，可能得以恢復(fù)。如果電解液密度較高，則充電時只進(jìn)行水分解，活性物質(zhì)難以恢復(fù)。

2）大電流充電

若認(rèn)為吸附是造成硫酸鹽化的原因，則可以用高電流密度充電（達(dá)100mA./cm2）。在這樣的電流密度下，負(fù)極可以達(dá)到很負(fù)的電勢值，這時遠(yuǎn)離零電荷點(diǎn)，使φ－φ（0）＜0，改變了電極表面帶電的符號，表面活性物質(zhì)會發(fā)生脫附，特別是對陰離子型的表面活性物質(zhì)，這種有害的表面活性物質(zhì)從電極表面上脫附以后，就可以使充電順利進(jìn)行。目前國內(nèi)幾乎沒有人使用這種方法處理不可逆硫酸鹽化，可能出于以下考慮：高電流密度下極化和歐姆壓降增加，這部分能量轉(zhuǎn)化為熱，使蓄電池內(nèi)部溫度升高，同時又有大量的氣體析出，尤其是正極大量氣析出氣體，其沖刷作用易使活性物質(zhì)脫落。

3）脈沖修復(fù)

按照原子物理學(xué)和固體物理學(xué)的原理，硫離子具有5個不同的能級狀態(tài)，通常處于亞穩(wěn)定能級狀態(tài)的離子趨向與遷落到最穩(wěn)定的共價鍵能級而存在。在最低能級（即共價鍵能級狀態(tài)），硫以包含8個原子的環(huán)形分子形式存在，這8個原子的環(huán)形分子模式是一種穩(wěn)定的組合，難以被打碎，形成電池的不可擬硫酸鹽化——硫化。

多次發(fā)生這樣的情況，就形成了一層類似與絕緣層一樣的硫酸鉛結(jié)晶。要打碎這些硫酸鹽層的束縛，就要提升原子的能級到一定的程度，這時候在外層原子加帶的電子被激活到下一個更高的能帶，使原子之間解除束縛。每一個特定的能級都有唯一的諧振頻率，必須提供給一些能量，才能夠使得被激活得分子遷移到更高得能級狀態(tài)，太低得能量無法達(dá)到躍遷所需要得能量要求。

但是，過高的能量會使已經(jīng)脫離了束縛而躍遷的原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，又回落到原來的能級。這樣，必須通過多次諧振，是的其中一次脫離了束縛，達(dá)到最活躍的能級狀態(tài)而又沒有回落的原來的能級，這很高的電壓可以實(shí)現(xiàn)，就是大電流高電壓充電的方法，諧振也可以實(shí)現(xiàn)，就是脈沖諧波諧振的方法。從固體物理上來講，任何絕緣層在足夠高的電壓下都可以擊穿。一旦絕緣層被擊穿，粗大的硫酸鉛就會呈現(xiàn)導(dǎo)電狀態(tài)。如果對高電阻率的絕緣施加瞬間的高電壓，也可以擊穿大的硫酸鉛結(jié)晶。如果這個高電壓足夠短，并且進(jìn)行限流，在打穿絕緣層的條件下，充電電流不大，也不至于形成大量析氣。

電池析氣量強(qiáng)正相關(guān)于充電電流和充電時間，如果脈沖寬度足夠短，占空比足夠大，就可以在保證擊穿粗大硫酸鉛結(jié)晶的條件下，同時發(fā)生的微充電來不及形成析氣。這樣，實(shí)現(xiàn)了脈沖消除硫化。對于密封電池來說，水療法是無法進(jìn)行的。另外，水療法的成本和使用工時都比較大。現(xiàn)在有了脈沖修復(fù)的方法，已經(jīng)很少見到水療法了。