鉛酸蓄電池負(fù)極板耳合金耐腐蝕性能的研究

喻濟(jì)兵

?

鉛酸蓄電池負(fù)極板耳合金耐腐蝕性能的研究

喻濟(jì)兵

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室，武漢430064）

鉛酸蓄電池負(fù)極板耳腐蝕是一種非典型失效模式。為提高鉛酸蓄電池可靠性，本文針對負(fù)極板耳選用二元合金和五元合金耐腐蝕性能，進(jìn)行了循環(huán)伏安法、交流阻抗法和極化曲線法測試，結(jié)果表明負(fù)極板耳選用五元合金耐腐蝕性能優(yōu)于二元合金。

負(fù)極板耳 二元合金 五元合金 耐腐蝕性能

0 引言

鉛酸蓄電池由于價(jià)格低廉，安全性能好，已大量用于通訊、船舶和鐵路各個領(lǐng)域。鉛酸電池存在多種失效模式：如早期容量損失、熱失控、正極板柵腐蝕斷裂、負(fù)極硫酸鹽化等；負(fù)極板耳腐蝕是另外一種模式[1]。負(fù)極板耳和匯流排長期露出電解液，失去陰極保護(hù)。在高溫條件下負(fù)極板耳嚴(yán)重腐蝕將使得極板和極柱斷裂開，導(dǎo)致電池失效[2~4]。本文針對二元合金和五元合金負(fù)極板耳合金耐腐蝕性能進(jìn)行研究，為蓄電池安全可靠性能的提高提供理論支撐。

1 實(shí)驗(yàn)

將二元合金和五元合金固定在環(huán)氧樹脂中制成工作電極, 電極面積為1 cm2。實(shí)驗(yàn)之前采用粒度600#~800#砂紙將電極表面打磨至光亮如鏡。電解液為1.300 g/cm3硫酸溶液。在H2SO4溶液中采用飽和甘汞參比電極( SCE) 。采用三電極電解池，Pt 片為對電極( CHI1140A 電化學(xué)分析儀)，分別采用循環(huán)伏安法，交流阻抗法，極化曲線法進(jìn)行測試。

2 結(jié)果和討論

2.1循環(huán)伏安法測試

圖1是二元和五元合金在25oC條件下的CV曲線，從圖中可以明顯的看到一個氧化峰和一個還原峰，分別對應(yīng)鉛酸電池的放電和充電反應(yīng)：

另外從放電圖可以明顯的看出，五元合金的氧化峰正移而還原峰負(fù)移。該現(xiàn)象也說明二元和五元合金對應(yīng)的充放電電位有一定差異。

圖1 二元和五元合金在25oC條件下的循環(huán)伏安曲線

2.2電化學(xué)阻抗法測試

（a）二元

（b）五元

圖2 二元和五元合金在不同溫度條件下的電化學(xué)阻抗圖

圖2(a)是二元合金在不同溫度條件下的電化學(xué)阻抗圖。從圖中可以看出，二元合金的阻抗譜圖均由兩個容抗弧組成，第二個容抗弧對應(yīng)著合金表面形成的硫酸鉛膜。隨著溫度的升高，二元合金的阻抗弧大小逐漸下降，說明隨著溫度的升高，二元合金表面形成的硫酸鉛膜穩(wěn)定性減弱，硫酸鉛膜對合金的保護(hù)性降低。該現(xiàn)象間接的說明溫度越高，二元合金的腐蝕性越強(qiáng)。

圖2(b)是五元合金在不同溫度條件下的電化學(xué)阻抗圖。從圖中可以看出，五元合金的阻抗譜圖同樣是由兩個容抗弧組成，且隨著溫度的升高，五元合金的阻抗弧也呈逐漸減小的趨勢。然而，與二元合金相比，五元合金的阻抗譜在45 oC和65 oC條件下出現(xiàn)了明顯的擴(kuò)散。因此，該現(xiàn)象說明和二元合金相比，五元合金表面形成的硫酸鉛膜更為致密，五元合金的耐腐蝕性優(yōu)于二元合金。

圖3是二元和五元合金在不同溫度條件下測得的阻抗譜的橫向比較圖。從圖3可以明顯的看出，五元合金的阻抗整體上都要大于二元合金的阻抗，表面五元合金具有較好的耐腐蝕性能。另外，五元合金在低頻區(qū)出現(xiàn)了很明顯的擴(kuò)散控制，擴(kuò)散控制也說明五元合金表面形成的硫酸鉛膜更為致密。

（a）25oC

（b）45 oC

圖3 二元和五元合金不同溫度條件下阻抗的橫向比較

2.3極化曲線法測試

圖4(a)是不同溫度條件下二元合金的極化曲線圖，陰極表示充電的過程，而陽極則表示放電的過程，從圖中可以看出，充電過程中總體上隨著溫度的增加，陰極反應(yīng)加速，對于25和65 oC，二元合金的陰極反應(yīng)全為析氫反應(yīng)，沒有明顯的析氫電位，說明對于充電過程45 oC是一個臨界溫度。而且溫度越高，充電過程中二元合金腐蝕速率越快。從陽極放電過程也可以看出，當(dāng)極化電位在-0.29~-0.37 V區(qū)間時(shí)，二元合金在45oC時(shí)陽極電流密度要明顯的大于其他溫度。因此，對于二元合金無論是充電還是放電過程45oC都是一個特殊的溫度。

圖4(b)是不同溫度條件下五元合金的極化曲線圖，陰極表示充電的過程，而陽極則表示放電的過程，從圖中可以看出，五元合金在25oC和45oC條件下充電過程都具有明顯的析氫電位，而且隨著溫度增加五元合金的析氫電位正移，對于65oC五元合金在充電過程全部為析氫反應(yīng)，五元合金的腐蝕速率明顯的加速。因此，整體上，充電過程中五元合金隨著溫度的增加腐蝕速率是明顯增加的。陽極放電過程可以看出，隨著溫度的增加，鈍態(tài)電流明顯的正移，說明，陽極放電過程中溫度的增加會顯著的加速五元合金的腐蝕速率。

從圖5可以看出，在陰極充電過程中五元合金的電流密度都要明顯的小于二元合金，而且在低溫25oC條件下，五元合金充電過程中耐腐蝕性更好，當(dāng)溫度增加時(shí)，五元合金的耐腐蝕減弱，當(dāng)時(shí)整體上還是要好于二元合金。從陽極放電過程中可以看出，在25oC和45oC條件下，五元合金的陽極電流密度都要小于二元合金，說明在25oC和45oC時(shí)，五元合金在放電過程中比二元合金也具有較好的耐腐蝕性。但是從圖5可以看出，整體上五元合金在充電和放電過程中都比二元合金具有較好的耐腐蝕性能。

3 結(jié)語

通過循環(huán)伏安法、交流阻抗法和極化曲線法測試結(jié)果表明，五元合金和二元合金均隨著溫度的升高，耐腐蝕性能整體上均降低，但五元合金在充電和放電過程中都比二元合金具有較好的耐腐蝕性能。

[1] 鄭舒, 賈豐春. 鉛酸蓄電池存在的問題及其解決辦法. 2013, 37（7）: 1271-1274.

[2] 大前孝夫, 大角重治, 高橋克仁等. 高溫環(huán)境下鉛銻合金負(fù)極基體的腐蝕, 1998, （1）: 41-45.

[3] 華壽南, 郭永榔, 王增瑞. 鉛銻合金負(fù)極板耳腐蝕的研究. 電源技術(shù), 1996, 20（2）: 68-90.

[4] 林雪平, 郭永榔. 貧液式鉛酸蓄電池負(fù)極極耳和匯流排腐蝕機(jī)理研究. 蓄電池, 2008, (1): 249-256.

Research on Corrosion Resistance of the Negative Lugs Alloy for Lead Acid Batteries

Yu Jibing

（Naval Representatives Office of Wuhan, Wuhan 430064, China）

TM912

A

1003-4862（2017）08-0049-03

2017-03-29

喻濟(jì)兵（1969-），男，高級工程師。研究方向：化學(xué)電源。E-mail: 274214521@qq.com