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1、废旧电池修复原理与方法电池又称化学电源,是能为用电器提供直流电源的装置,化学电源是通过氧化还原的电化学反应,将化学能转化为电能。一次电池是一次性应用的电池,二次电池是可多次反复使用的电池,因此这里的二次实际上是多次的意思。二次电池又称为可充电电池或蓄电池。相对于零电平或某一基准电平幅值为正的脉冲叫正极性脉冲,简称正脉冲,反之,则为负脉冲.正负脉冲按一定占空比出现的称组合脉冲。二十世纪以来,随着人们对负脉冲的认识的不断提高,负脉冲的应用范围不断扩大,在许多领域都得到了广泛的应用,如:能源.医疗.勘探.等。基础部分一. 铅酸蓄电池铅酸蓄电池是蓄电池的一种.以其低廉的价格(镉镍电池的六分之一五分之一
2、),良好的高倍率放电性能,应用非常广泛,如汽车、摩托车、火车、轮船、通信以及 UPS 等均需运用。铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电解液、容器、极柱、隔膜、可导电的物质等组成。(一) 正极板(正极活性物质)正极板活性物质的主要成分是二氧化铅。具有较强的氧化性,放电时,与硫酸发生反应生成硫酸铅,并吸收电子,二氧化铅有两种类型晶格,一种是 Pb0 2 另一种是 Pb0 2。这两种二氧化铅活性物质差别很大,它们在正极板所起的作用也不相同。Pb0 2给出的容量是 PbO 2的 1.53 倍。而 Pb0 2具有较好的机械强度,它的存在,正极板活性物质不宜软化脱落,只有 Pb0 2 和 PbO 2的比例达
3、到 0.8 时,铅蓄电池会表现出良好的性能。正极活性物质在放电状态下,与电解质硫酸发生反应生成硫酸铅与水。其反应式如下:Pb0 2+3H+HSO4-+2e=PbSO4+2H2O 充电时,在外线路的作用下转化为 bO 2与 H2SO4放电时,二氧化铅的 b 4+接受了负极送来的电子形成 b+2 与溶液中的硫酸根离子结合生成 bSO 4。当硫酸铅达到一定量时,变成沉淀物附着在极板上。充电时硫酸铅中的铅离子的电子被外线路带走转化为二氧化铅。将水中 氢离子留在溶液中。氧离子与铅离子结合生成二氧化铅进入晶格,形成正极活性物质。(二)负极板(负极活性物质)在铅酸蓄电池里,为了供负极活性物质充分与电解液发生
4、反应,故将铅制成多孔海棉状,又称为海绵铅,在放电时,铅给出外线路电子形成 Pb+2与溶液的硫酸根结合生成硫酸铅,充电时,部分 PbSO4首先溶解成 Pb2+与 SO4。Pb+ 2接受电子还原成铅进入负极活性物质晶格。(三)电解液硫酸是铅酸蓄电池电解液中的重要原材料之一,市场上浓硫酸一般分为两种:一种是工业用浓硫酸,纯度较低,不适用于铅酸蓄电池;另一种为纯度较高的分析纯,较适合于铅酸蓄电池,硫酸的分子量为 98,浓硫酸中硫酸含量为 98%是无色透明油状液体,具有很强的吸水性和腐蚀性,与水结合后,可放出大量的热。所以在电解液配制过程中,一定要注意防护,以免出现危险,配制时,千万不要把水加入浓硫酸中
5、,而是将浓硫酸缓慢加入水中。铅酸蓄电池电解液配制过程中,对水的要求较高,水中含杂质的多少,直接影响电池的质量。铅蓄电池用水外观是无色透明的,残渣含量应小于 0.01%。一般检验水的标准用电阻率(cm)或电导率来表示,比较简单的方法是:采用电阻率测量法:用数字式万用表将档位拨至 20M 处,将万用表两只表笔相距 1 厘米,测出水的电阻阻值在 510M 即可。(四) 隔板隔板也是铅蓄电池主要组成部分之一,其质量对电池影响很大,隔板的主要功能是防止电池正负极板短路,蓄电池中,对隔板的要求是:采用多孔质隔板,允许电解液自由扩散和离子迁移,要有比较小的电阻,隔板孔径要小。空隙总面积要大,要防止脱落的活性
6、物质到达对方的极板. 因此, 隔板的孔径要小, 孔数要多。二:电池修复过程中常用的名词:1:不可逆的硫酸盐化不可逆的硫酸盐化,简称硫酸盐化。铅酸蓄电池在放电时,正负极板都产生一种化合 即硫酸铅,硫酸铅是一种难溶于水,不导电的物质,在正常情况下,蓄电池在放电后形成的硫酸铅结晶比较小,充电时,在电的作用下,比较容易地溶解并还原成铅。如果使用不当,常常充电不足、失水、过放电等。硫酸铅就会形成粗大坚硬的结晶体,这时就很难用一般的方法将其还原成铅,所以被称之为不可逆的硫酸盐化,由于硫酸盐化,一方面,它可以阻挡硫酸与其他活性物质接触并发生反应:另一方面,使活性物质数量减少,它可引起蓄电池容易下降,严重时会
7、造成蓄电池寿命终止。2:活性物质的脱落在我们修复废旧电池时,有些电池加水修复后,从注水孔内流出一些红褐色液体。即为脱落的活性物质,活性物质脱落原因有以下几种解释:1、电池受外力的影响,如振动,摔打等。2、PbO 2。PbO 2变体模型。PbO 2是活性物质骨架,当电池在充放电时,一部分 PbO 2转化为 PbO 2从而导致软化脱落。3、随着循环进行,活性物质由无定性态逐渐晶形化,即结晶度增加,水化聚合物链数目减少,凝胶压电阻增加,晶粒间电接触恶化,该活性物质脱落。4、还有人们认为,随着充电和放电的不断进行,活性物质形成若干密集的团块,当团块间缺乏足够的连接时,活性物质就会脱落,电池失效。3:电
8、池的电压电池正负两极的电势差称蓄电池的电压,一般用万用表来测量。在电池修复过程中,其电压有三种表现形式:第一种叫空载电压,又称为开路电压,就是电池即不充电又无负载的情况下测量到的电池电压:第二种叫负载电压,就是电池放电过程中某个时段所测量的电池电压。第三种叫在线电压,就是电池在充电过程中某一时刻所测量的电压,了解三种电压测量方法,对判断电池是否断路或短路;电池内阻计算具有重要的意义。4:蓄电池的容量蓄电池的容量是衡量蓄电池性能的一项重要指标。一般用安时来表示。放电时间(小时)与放电电流(安培)的总称,即容量=放电时间放电电流。电池的实际容量,取决于电池中活性物质的多少和活性物质的利用率。活性物
9、质是量越多,活性物质利用率就越高,电池的容量也就越大。反之容量越小,影响电池容量的因素很多,常见的有以下几种:(1) 放电率对电池容量的影响铅蓄电池容量随放电倍率的增大而降低,也就是说放电电流越大,计算出电池的容量就越小。比如一只 10Ah 的电池,用5A 放电可以放 2 小时,即 52=10 ;那么用 10A 放电只能放出 47.4 分钟的电,合 0.79 小时。其容量仅为 100.79=7.9安时。所以对于给定电池在不同时率下放电,将有不同的容量。我们在谈到容量时必须知道放电的时率或倍率。简单的讲就是用多大的电流放电。(2) 温度对电池容量的影响温度对铅酸蓄电池的容量影响较大,一般随温度降
10、底,容量的下降,容量与温度的关系如:Ct1= Ct2/1+k(t 1-t2)。t1t2 分别是电解液的温度,k 为容量的温度系数,Ct1 温度为 t1 时容量(Ah),C t2是温度为 t2时的容量(Ah)在蓄电池生产标准中,一般要规定一个温度为额定标准温度,如规定 t1 为实际温度,t2 为标准温度,(一般为 25 摄氏度)负极板受低温的影响要比正极板敏感.当电解液温度降低时,电解液粘度增大,离子受到较大的阻力,扩散能力下降,电解液电阻也增大,使电化学反应阻力增加,一部分硫酸铅不能正常转化.充电接受能力下降,结果导致蓄电池容量下降.(3)终止电压对电池容量的影响当电池放电至某一个电压值以后,
11、产生电压急剧下降,实际上所获得的能量非常小,如果长期深放电,对电池的损害相当大.所以必须在某一电压值终止放电,该截止放电电压叫放电终止电压.设定放电终止电压,对延长蓄电池使用寿命意义重大.一般我们所维修的电动车电池,电摩电池的放电终止电压为每格 1.75 伏,也就是说一节 12 伏电池为 6 格,其放电终止电压是61.75=10.5 伏。(4)极板的几何尺寸对电池容量的影响在活性物质的量一定时,与电解液直接接触极板的几何面积增加,电池容量的增加,所以极板的几何尺寸,对电池容量的影响不可忽视。极板厚度对容量的影响活性物质的量一定,电池容量随极板厚度的增加而减少,极板越厚,硫酸与活性物质接触面就越
12、小,活性物质的利用率越低,电池容量越小。极板高度对容量的影响在电池中,极板的上下两部分的活性物质利用率存在着较大的差异,实验证实,放电初期,极板上部比下部的电流密度大约高出 2 倍2.5 倍,这种差别随着放电时的推移逐渐减少,但上部要比下部的电流密度大。极板面积对容量的影响活性物质的量一定,极板几何面积越大,活性物质的利用率也越高,电池的容量越大。在电池壳体相同,活性物质量不变情况下,采用薄极板增加极板片数,也就是增加了极板的有效反应面积,从而提高了活性物质的利用率,增加了电池的容量。5 铅酸蓄电池的内阻 蓄电池的内阻是由蓄电池内部物质形成的电阻,蓄电池的内阻只有在充放电时才能形成。它不是常数
13、,而是在充放电过程中随时间的变化而变化的。我们平时所讲的内阻是某一时刻的总内阻。它不仅包含了蓄电池的内阻,而且还包含有极化的全电阻值。就单电池而言,电池的内阻很小,主要是由电解液,隔板和极板本身的电阻构成。如果是电池组,单体电池之间的连接导线、极柱等都是构成电阻的重要部分。计算电池内阻可用以下方法:设空载电压为 V1,负载电压为 V2,则电池的内阻为R=V1-V2/I。I 是放电电流。必须注意的是第一:测量的全过程必须在 10-4 秒内完成,否则 测内阻应该包括极化时的全部电阻值,它是可以变化的。6 铅蓄电池的短路与断路在废旧电池修复过程中,短路与断路是判断电池能否维修的关键。蓄电池短路有外部
14、和内部之分,外部短路则是用导线将正负两极连接起来,通常用这一“”方法来判断电池的好坏。内部短路是指在电池内部正、负极板是靠隔膜(隔板)把它们相互隔离的,一但隔膜受损,如隔膜老化,隔膜腐蚀等均可造成短路。蓄电池的断路是指:整个电池回路中断,要与断格区分开来,断格是极板部分脱离。断路是电池无电压电流,断路一般是由于电池桩头与极板完全脱离,或硫酸铅严重包围极板供电流不能正常通过。一般不多见,最常见的是短路,最常见的判断电池短路的方法有三种:第一种是用电压表测量蓄电池电压,如小于 11.5 伏,则该电池可能短路;第二种是给蓄电池加水后,再测量其电压,因为有些电池由于严重缺水,加水前,电压可超过 12
15、伏。但加水后,由于隔膜软化,极板吸水后膨胀,隔膜功能显现出来,开路电压反而小于 11.5V;第三种是充电时,尤其是修复后电池电压始终过不到 15 伏,也可判断为短路.但要与硫酸浓度降低加以区分。后者在放电时,电压下降慢,加入浓硫酸后,电压或容量可以恢复。7 蓄电池的自放电自放电指的是电池在不使用或在贮存间,出现容量下降的现象。也就是说的电池在无任何负载时,由于自放电使容量损失。一般电池的自放电主要出现在负极,因为负极活性物质中多为比较活泼的金属粉末,冲在溶液中比氢的电势负,容易发生置换氢气的反应。如果在极板上存在比电势低的金属杂质。这些杂质在极板活性物质中形成了微小的腐蚀电池,引起负极金属自容
16、,并伴有氢气板出,从而使容量减少。自放电的严重程度将直接影响电池质量。一般用自放电率来表示其公式为:自放电率=CaCb/CaT100其中,Ca 为电池初始容量,C b为放置后电池容量,T 为放置时间。值得说明的是,当自放电率为负值时,说明贮存时间不长,电池处于容量增长期。三:铅酸蓄电池的工作原理铅蓄电池在充电和放电会产生如下反应:PbO 2+pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O在充电时,在电能的作用下,转化为 PbO2 、Pb 和H2SO4也就是说充电是由电能转化为化学能的过程。放电时,正极板接受了负极板送来的电子,铅离子有正 4 价变为正 2价。与硫酸根接触生成难溶于水的 硫酸铅,负极的铅由于输出 2 个电子,变成正 2 价。同样也生成硫酸铅。也就是说放电时,再由贮存的化学能转为电能。蓄电池在充电过程中,或在充电终了时,电极上会伴随着水的分解反应。其原因是因为铅酸电池正极充电接受能力较差,一旦正极