未來鉛酸蓄電池發(fā)展方向

齊家煒

摘 要：汽車用蓄電池一般為鉛酸蓄電池，簡稱“蓄電池”。蓄電池是汽車必不可少的一部分，主要作用是啟動發(fā)動機，以及在發(fā)電機未發(fā)電時，暫時為汽車電氣供電。蓄電池是電動汽車發(fā)展的瓶頸，世界各國都在研發(fā)可滿足整車要求的、可靠性高的蓄電池。蓄電池的主要性能（能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、溫度特性、安全性）影響著蓄電池的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：蓄電池 發(fā)展 方向

中圖分類號：TM912.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0120-01

我們知道蓄電池是一種可逆的化學電源，既能將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┙o用電設備，也能在充電時將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存起來。現(xiàn)代汽車上使用的蓄電池一般由6個單格電池串聯(lián)而成，每個單格電池的電壓為2 V，6個單格電池串聯(lián)后對外輸出電壓12 V。化學反應方程式為：Pb（負極）+PbO2（正極）+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（化學反應可逆）（如圖1）。

盡管今天鉛酸蓄電池在結(jié)構(gòu)設計與使用原材料方面比過去有了很大的改進，性能有了相當大的提高，許多設計和用料精良的免維護鉛酸蓄電池使用的理論壽命也在提高，但真正能在使用中達到理論壽命的電池恐怕是少之又少。現(xiàn)在的行業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)拉網(wǎng)電池、平板電池、曲板電池、鉛布卷繞電池以及單體組合電池等。這些改進有的可以減少電解液比重的上下分層，有的可以提高極板表面積，有的可以延長蓄電池循環(huán)壽命，有的對發(fā)展新型高電壓36 V汽車用蓄電池（暫稱“起步用蓄電池”）指出了改進方向，然而蓄電池的形狀變化是通過電池內(nèi)部極板形狀改變來決定的，總之一個目的想提高電池容量，減輕電池重量，提高電池比能量，從而又不能影響壽命等都將是產(chǎn)品研發(fā)的方向。

同時對蓄電池的電解液也進行了改進。鉛酸蓄電池的電解液，以硫酸為主，純度提高，影響到電池存放周期，為了減少電池自放電，有些企業(yè)高檔產(chǎn)品中采用了試劑純硫酸。電解液用液體式還是固體（膠體）正是當今改進方向，因為固體電解液雖在大電流放電性上不如液體，但固體電解液蓄電池不會倒流出硫酸，加上產(chǎn)品密封性好，電池使用后期不會因缺電解液而影響容量，并在防止活性物質(zhì)脫落上延長了電池壽命，所以優(yōu)點很多，因此一些密封型蓄電池產(chǎn)品已逐步使用固體電解質(zhì)，同時，電解液內(nèi)加入減少內(nèi)阻的添加劑也能改善固體電解液的大電流放電性能，所以研究它仍具有提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量的好處。目前除了采用先配成膠體電解液后再直接灌入電池外，還有用無水硅膠磨成粉再灌入電池后加入硫酸解決電解液固體化的問題。

所以說未來鉛酸蓄電池的開發(fā)目標中，第一個重要趨勢是生產(chǎn)免維護電化學系統(tǒng)。目前還只有閥控式鉛酸蓄電池（即VRLA電池）能滿足這個要求。閥控式電池大大減少了維護或者是完全免維護。因此它比富液式電池便宜。在循環(huán)壽命和比能量輸出方面，閥控式鉛酸蓄電池性能比富液式鉛酸蓄電池差10%～15%。需要提高閥控式電池的上述性能，使其接近富液式鉛酸蓄電池。

鉛酸電池發(fā)展的第二個重要趨勢是提高輸出功率。一般采用包鉛的銅擴展式板柵（極板的柵架）替代負極鉛板柵而實現(xiàn)。另外一個發(fā)展較快的設計趨勢是采用卷繞式箔片極板的高功率蓄電池。板柵的改進是當今蓄電池行業(yè)主攻方向，板柵的改進分二類，一類是以改變材質(zhì)及合金成分為主，其中有碳纖維、玻纖維和導電塑料外包鉛的識成鉛布為板柵，另有柵、壓網(wǎng)板柵、鉛網(wǎng)板柵、電沉積板柵、鑄管式、袋式等新型板柵，以上這些板柵的改進都只有一個目的要減輕板柵重量，提高板柵的抗腐蝕程度，提高導電性減少內(nèi)阻。總之，提高極板中的膏與板柵的重量比，從常規(guī)重運用稀土材料配制成稀土合金作板柵。另一類以改變形狀為主，現(xiàn)出現(xiàn)的纖維板柵、拉網(wǎng)板量比64提高到73從而降低鉛耗、節(jié)約成本。這些板柵的改進均是當前蓄電池產(chǎn)品改進的方向。

鉛酸蓄電池技術(shù)第三個重要趨勢是提高鉛酸蓄電池可靠性。蓄電池的可靠性不僅取決于生產(chǎn)技術(shù)，而且也取決于充電方法。精心制定適用于各種類型蓄電池的充電方法，提高其循環(huán)壽命，是蓄電池技術(shù)發(fā)展的另一個重要趨勢。目前行業(yè)上使用的隔板品種越來越多，有PVC、PP、PE和橡膠，纖維紙槳以及為配套密封電池用的AGM隔板，隔板的主要作用除了隔離正負極板短路并使電解液通過完成電化學反應外，另外作用是減少活性物質(zhì)脫落，對密封電池中的AGM隔板還需具有吸附盡量多的酸量的作用，還需提高表面積，幫助被陰極吸收氧氣合成水的作用。可以考慮在隔板緊貼極板的一面增加一層導電材料，使極板能減少內(nèi)阻的作用。所以對隔板的改進和要求會越來越高，當今，可以提高蓄電池壽命的袋式隔板已在蓄電池產(chǎn)品中應用，并不斷擴大，對隔板的改進希望在隔板生產(chǎn)廠來研發(fā)，并滿足蓄電池廠新產(chǎn)品研發(fā)所需。

鉛酸蓄電池將繼續(xù)在制造過程中采用高技術(shù)工藝，向著提高電池可靠性和降低價格的方向發(fā)展。新型隔板的使用打開了通向蓄電池新設計方向之門，需要進一步精心制作和優(yōu)化，使鉛酸蓄電池能夠應對與其它提高了競爭性電源的挑戰(zhàn)。由環(huán)境需求和能源限制而引發(fā)的競爭，使汽車不得不面臨較大的變化。提高安全性、舒適性以及降低燃耗將是汽車業(yè)發(fā)展的重點，汽車蓄電池將向著高功率、輕量化、小型化方向發(fā)展。同時，進一步強調(diào)其免維護性能，研究適宜的新技術(shù)、新工藝，完善閥控電池性能，降低閥控電池對溫度的敏感性，以保持鉛酸電池在化學電源中的主導地位，應對新的汽車技術(shù)的挑戰(zhàn)。

參考文獻

[1]周建平.汽車電器設備構(gòu)造與維修[M].人民交通出版社，2005，5：8-19.

[2]黃孟濤.汽車電氣設備[M].中國勞動出版社，1998，2：3-27.