鉛酸蓄電池修復的科學性分析

曾文斐++趙浩++標周哲

摘 要：本文首先提出鉛酸蓄電池在出現提前報廢的現象及影響，并分析引起其提前報廢的原因，說明有效的電池修復的緊迫性及重要性；然后逐個分析比對現有各種電池修復技術的優缺點，闡明現有的修復技術不足；最后闡明有效的電池修復方案應具備的特點，以協助電網技術人員判斷廠商營銷的電池修復方案是否具備科學性、可行性，防止上當受騙。

關鍵詞：科學性；普遍性；壽命測試；安全性；環保性

中圖分類號：TQ028.8 文獻標識碼：A

隨著社會的進步和信息化、自動化程度的不斷提高，電力、通信、金融、交通等行業對于電的依賴程度不斷加深，同時也對供電系統的可靠性提出了更高的要求。無論在電力變電站、機房、移動基站還是UPS系統中，蓄電池作為備用電源在系統中起著極其重要的作用。正常情況下，蓄電池是處于浮充備用狀態的，由交流市電經整流設備轉換為直流電向負荷供電，而在發生交流電失電故障的情況下，蓄電池作為負荷的唯一電源供給者，一旦出現問題，供電系統將會癱瘓，進而造成設備停運及其他重大運行事故，會造成重大的經濟損失，蓄電池穩定的重要性不言而喻。在電網實際應用中，對蓄電池的使用周期是有嚴格要求的，在規定的蓄電池生命周期內，不能隨便更換蓄電池，而實際上有大量的蓄電池提前失效，這對電力系統的穩定安全性形成非常大的威脅。因此，為什么蓄電池會出現提前失效，對于提前失效或者待報廢的電池如何進行有效的再生修復這些問題非常值得探討。

1.蓄電池再生修復的意義

1.1 鉛酸蓄電池失效原因分析

在電網系統中，閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）是目前應用最廣的蓄電池，俗稱“免維護”蓄電池，相對開口式鉛酸蓄電池而言，其應用使煩瑣雜的維護工作大大減少。無論是國內還是國外，從近幾年相關蓄電池使用情況的資料分析發現，閥控式鉛酸蓄電池的實際使用情況并不樂觀，大部分過早老化。VRLA提前失效的原因很多，我們逐個分析。首先，現有蓄電池消費者未能嚴格按照流程要求來對維護它們，這種運行維護方式很容易導致電池提前失效。其次，大量國產的閥控式鉛酸蓄電池本身的質量不達標，如制造工藝技術、裝備技術的不夠嚴謹及材料縮減等問題，也是導致一些蓄電池快速失效的重要原因，但上述原因都不是最根本的原因。

鉛酸蓄電池投入運行后將無法避免硫酸鹽化現象，這是這類電池本身化學反應的機理決定的，這才是蓄電池失效的根本原因。根據日常維護相關資料分析發現，VRLA電池失效很少是由于充電鼓脹，極板出現物理損傷導致的，而大部分都是由于蓄電池出現缺水以及硫酸鹽化引起的，因為蓄電池內部的硫酸鉛結晶逐步增大后，越來越難分解，內阻也逐漸增大，相應的充電/放電能力下降，毫無疑問電池容量也隨之下降；根據國際標準，當蓄電池容量下降到蓄電池標稱容量的80%后，這類蓄電池已經屬于失效的范疇，不能繼續在線運行。

1.2 鉛酸蓄電池提前失效的影響

以上已分析了日常導致蓄電池提前失效的原因，這不但對電力系統的安全性造成了非常大的威脅，還帶來巨大的環境污染。蓄電池過短的生命，會大量增加蓄電池報廢的數量，而蓄電池報廢，除了帶來更換新電池的經濟損失外，還會對大家的生活環境造成巨大的破壞。因為鉛酸蓄電池從生產到報廢的整個過程，都伴隨著污染的產生，這與目前社會都倡導節能環保，綠色循環經濟理念存在很大的沖突。

1.3 鉛酸蓄電池再生修復的意義

如果可以實現鉛酸蓄電池的再生修復，就可以解決蓄電池提前失效的問題，保證鉛酸蓄電池的安全性，從而增強電力系統的安全性；另外，也可大大降低蓄電池報廢的數量以及電池報廢產生的費用，減少蓄電池報廢帶來的污染。鉛酸蓄電池的再生修復符合當前國家倡導的環保理念，具備重要環保經濟價值和積極的社會意義。

2.現有修復技術的優缺點分析

從上面的分析可知鉛酸蓄電池的再生修復具備相當重要的經濟價值及社會意義，因此鉛酸蓄電池自發明150多年來，人們對鉛酸蓄電池的再生修復技術的研究從未停止。由于鉛酸蓄電池生產技術成熟、生產成本低、安全性高，在電網系統的變電站中得到廣泛的應用，而鋰電池到目前為止安全性仍未有足夠的保障，因此，變電站仍將長期使用鉛酸蓄電池。

近幾年來，鉛酸蓄電池再生修復的技術主要有水療法、脈沖法（如負脈沖修復技術、高頻脈沖激活修復技術、諧振脈沖激活修復技術）、化學修復、大電流充放電修復技術這幾種，但這些技術再生修復的效果不明顯，蓄電池容量并不能完全恢復，且內阻無明顯變化或者增大，而且，蓄電池修復后的壽命少則能用幾天，多則一年半載，基本上是沒有保證的。下面簡單介紹上述幾種修復的優缺點。

2.1 水療法的優缺點

水療法對于加水蓄電池比較適用，對于硫化嚴重現象亦可反復處理，無須投資設備即可自行修復，缺點是過程太煩瑣，并且對密封電池不太適用。

2.2 脈沖法的優缺點

脈沖法效果好操作方便，但需要有專用的脈沖充電器，個人不易配備，需要購買，成本高。目前市場上的脈沖修復充電器參差不齊，很多脈沖充電器甚至是專用修復儀的脈寬比、占空比、負脈沖設計得并不合理不能起到去硫化的作用。

2.3 化學修復法的優缺點

化學修復法修復效率和功效高于前兩種修復方法，缺點太煩瑣。此法的機理是加入的這些硫酸鹽配位摻雜劑，可與很多金屬離子，包括硫酸鹽形成配位化合物。形成的化合物在酸性介質中是不穩定的，不導電的硫化層將逐步溶解返回到溶液中。采用化學方法，消除硫酸鉛結晶，不僅成本高，增加電池內阻，并且還改變了電解液的原結構，修復后的使用期較短，副作用較大，其修復率約為40%左右。

2.4 大電流充電法的優缺點

大電流充電法是使大的硫酸鉛結晶溶解的方法，實驗中發現，這種方法消除硫化只可以獲得暫時的效果，并且會在消除硫化過程中帶來加重失水和正極板軟化問題，對電池壽命造成嚴重損傷，現在很少有人用這種簡單的方法修復電池。

2.5 現有修復法的缺點

綜合分析各種修復方法的優缺點，結合電網部門日常維護的積累經驗不難發現，這些蓄電池修復技術或多或少存在的問題，可以按以下幾方面進行分析歸類：

一是缺乏科學依據：這些蓄電池再生修復技術，并沒有直觀有效的科學手段證明其修復效果，缺少可讓人直接觀察到修復效果的渠道。

二是未能達到鉛酸蓄電池再生修復后的可接受的壽命周期。蓄電池再生修復的價值是體現在修復后的壽命能夠達到電池設計預期的壽命或者更長時間，如果修復后電池僅能使用幾天，幾個月，這種蓄電池的修復技術的價值不大；然而，不少廠家為了便于市場推廣，要么夸夸其談，要么閉口不提鉛酸蓄電池修復后的生命周期，無法呈現客觀、真實的壽命測試數據，經不起任何第三方權威機構的測試以及認證。

三是這些蓄電池修復技術覆蓋面不廣，沒有普遍性。比如，水療法對非密封的電池比較適合，而對密封的蓄電池不適合；如大電流充電法對硫酸鉛晶體溶解很有效，但對修復后壽命非常令人堪憂，安全性也不行；化學修復法則修復成功率不高等等，可以看出現有這些修復技術并不能全面解決學電池老化失效的問題，僅能修復個別或者少數品種鉛酸蓄電池單體，這些修復技術是不夠成熟的。蓄電池單體修復難以滿足蓄電池組的一致性要求。在這幾年電網系統的實際維護工作中，大部分電網相關部門下線的電池組，都是一組電池只有1～2個失效電池單體，如果不能及時檢測出并修復落后單節電池，很快就要整組更換蓄電池，這不但增大了維護工作量，而且會造成大量電池組被誤報廢，現在許多單位都在頭疼這個問題，但是蓄電池組的各單體需要滿足一致性要求，才能和諧地工作。蓄電池組需要整體修復，而且蓄電池組整體核對容量放電的數據必須滿足國際標準和國家標準，才說明該類蓄電池再生技術滿足實際推廣要求。

四是鉛酸蓄電池再生修復的安全性得不到保障。任何可能引起待修復蓄電池安全隱患的蓄電池再生修復技術都是不允許的。如果采用高電壓，大電流對落后蓄電池進行修復，待修復的蓄電池可能會被埋下安全隱患，比如極板軟化，活性物質脫落等。

五是缺乏解決蓄電修復過程環境污染問題的有效方案。這技術在修復過程及修復后多多少少都會產生環保問題，如出現廢氣，廢液排放等，這明顯與國家環保理念方向明顯沖突。

3.有效修復再生方案科學性分析

針對問題一，真正有效的蓄電池再生修復方案必須具備判斷修復效果的科學依據的。采用高倍率的電鏡來觀察分析修復后的蓄電池極板上硫酸鉛結晶體還原程度，才能真正實現修復效果可視化，使硫化的蓄電池修復效果判斷變得簡單可行。

針對問題二，我國電力系統內已有多個電力科學研究院具備蓄電池壽命測試資質，修復后的蓄電池必須通過權威的第三方機構壽命測試認證，并且各項指標能達到期望值，如壽命延長3～5年或者更長，這才能說明廠商的電池修復方案是合格的，具有修復價值，可推廣的。

針對問題三，根據實際應用需要，電網系統使用了多種類型的鉛酸蓄電池，真正有效的修復技術必須能夠適應不同類型的鉛酸蓄電池，既適應電池單體修復，也適應蓄電池組整組修復，修復方案需要充分解決電池組的一致性問題，使電池組修復后，使各電池單體，仍然可以協調工作。克服蓄電池個別單體失效而導致整組電池失效的問題。同時對于不同種類、不同品牌的蓄電池也必須得到有效支持，最理想的狀態還可以實現不同容量蓄電池組合路應用、不同容量不同電壓蓄電池組合路應用、相同容量不同品牌蓄電池混合應用，如能實現這樣的目標，則可以大大降低電池組報廢的數量，有效降低電網系統自身建設及維護成本。這樣的電池修復方案覆蓋性才夠廣，修復價值高，值得推廣。

針對問題四，有效的蓄電池修復方案，可以有效解決蓄電池硫化問題，且加入的修復液體既不能是酸性的也不能是堿性的，否則蓄電池修復過程以及修復后的安全性都無法得到保障。除此之外，修復方案中的修復流程也必須安全可靠，無安全隱患。

針對問題五，有效的蓄電池修復方案，應該可以實現電池修復之外，應符合國家科技發展規劃的環保要求，通過提升蓄電池的生命周期，減少電池報廢數量，從而降低對環境的污染；另外也通過對蓄電池進行二次利用，提升鉛酸蓄電池的使用率，也可以降低對環境的污染。

結論

鉛酸蓄電池如果能得到全面有效的修復，這不僅能節省大量的蓄電池采購費用，而且能夠大大降低對環境的污染，減少電池回收的費用。電網人需要真正認識到有效可行的電池再生修復方案，一是應該具有科學的判斷修復成果的依據，二要保證修復后的鉛酸電池有合理的壽命，三要能適應不同種類、不同品牌的電池/電池組，四要在修復過程及修復成果是安全的，五要滿足環保要求。有效電池修復技術方案的研究應該是具備上述特點的。電網系統在今后關于鉛酸蓄電池修復產品及方案選擇上，都應該帶著這樣的思路去選擇合適的鉛酸電池修復方案，保證電池修復的可行性、通用性，全面提升鉛酸蓄電池的使用壽命，降低電池的使用成本及維護成本。

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