通信用蓄電池失效原因分析及修復(fù)技術(shù)研究

陳玉濤

摘? 要：在通信行業(yè)中，閥控鉛酸蓄電池使用量最大，其為通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行提供保障，該蓄電池的設(shè)計(jì)使用壽命通常為8年，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中蓄電池受到各種因素的影響使用壽命以及使用效果低于設(shè)計(jì)壽命，即蓄電池失效。該文以通信用蓄電池為研究對(duì)象，對(duì)蓄電池的失效原因以及修復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究，以期為增加蓄電池使用壽命提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：通信;蓄電池;失效原因;修復(fù)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM912? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

一般來(lái)說(shuō)，蓄電池失效的主要表現(xiàn)形式為：蓄電池容量降低快、使用壽命縮水、單體一致性以及充放電效果不良，蓄電池失效問(wèn)題不僅嚴(yán)重影響了通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營(yíng)，還會(huì)增加蓄電池的維護(hù)成本。統(tǒng)計(jì)資料顯示，造成通信用蓄電池失效的大部分原因是蓄電池出現(xiàn)硫化以及失水，所以如何解決蓄電池硫化問(wèn)題，找出一種保證蓄電池一致性的蓄電池修復(fù)技術(shù)成為當(dāng)下很多專(zhuān)家學(xué)者研究的重點(diǎn)課題。

1 蓄電池技術(shù)原理

通信領(lǐng)域中，閥控鉛酸蓄電池一般用作備用電源系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)壽命通常為3-8年，但在實(shí)際使用中其實(shí)際壽命一般只有3年-5年。蓄電池在使用過(guò)程中會(huì)因?yàn)槭艿酵夤╇娰|(zhì)量、蓄電池工作環(huán)境以及維護(hù)手段的影響而出現(xiàn)壽命縮水情況，結(jié)合作者自身工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，造成蓄電池失效的原因主要包括板柵的腐蝕脫落、極板活性物質(zhì)軟化脫落以及不可逆硫酸鹽化。從蓄電池充放電中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中來(lái)看，蓄電池充放電的實(shí)質(zhì)是PbO2、Pb與PbSO4之間相互轉(zhuǎn)化的可逆化學(xué)過(guò)程。放電時(shí)，電池的正、負(fù)極板活性物（PbO2、Pb）和電池中H2SO4接觸轉(zhuǎn)化為PbSO4 晶體，該晶體結(jié)構(gòu)疏松且電化學(xué)活性較高，包裹在電池兩極，電池充電時(shí)通過(guò)還原反應(yīng)在電池正極生成PbO2，在負(fù)極則還原生成海綿狀鉛。蓄電池在使用過(guò)程中，因?yàn)榇嬖谳^多的欠充電或過(guò)充電，造成蓄電池負(fù)極出現(xiàn)大量PbSO4，因?yàn)镻bSO4的分子結(jié)構(gòu)緊密且堅(jiān)硬，不易溶解，所以PbSO4會(huì)將電池正、負(fù)極板包裹，使整個(gè)電池極板與電解液（H2SO4）接觸面積減小，利用傳統(tǒng)方法極難將PbSO4還原為鉛。

2 通信用蓄電池失效原因分析

2.1 正極板柵腐蝕

正極板柵腐蝕是導(dǎo)致鉛酸蓄電池失效的重要因素。通常，板柵因?yàn)樘幱趶?qiáng)酸條件下，在高電位工作環(huán)境下其熱力學(xué)穩(wěn)定性較差，隨著蓄電池使用時(shí)間的增長(zhǎng)，正極板柵不可避免地發(fā)生氧化腐蝕。一般正極板柵表面會(huì)由于鉛作用，被一層致密氧化膜包裹。該氧化膜可以降低電解液和板柵合金接觸面積，進(jìn)而降低了板柵腐蝕速度，達(dá)到增加蓄電池使用壽命目的。就目前而言，許多大鉛酸蓄電池采用的是四元Pb-Ca-Sn-Al合金正極板柵，該四元合計(jì)板柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于電池析氫過(guò)電位較高，可以直接阻止電池浮充時(shí)氣體的析出，維護(hù)性能更高。盡管在目前，Pb-Ca-Sn-Al合金在蓄電池中應(yīng)用較為廣泛，但該形式合金的抗腐蝕性能和抗蠕變性能仍然不能滿(mǎn)足需求，而且在長(zhǎng)時(shí)間使用后極易發(fā)生穿透性裂紋腐蝕，造成板柵機(jī)械強(qiáng)度降低、電阻增大，最終導(dǎo)致電池失效。此外，除板柵合金成分外，板柵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電解液濃度、環(huán)境條件以及浮充電壓等因素也是造成閥控鉛酸蓄電池正極板柵腐蝕的重要原因。

2.2 正極活性物質(zhì)軟化

蓄電池在進(jìn)行充放電的過(guò)程中，正極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)會(huì)隨著電池使用時(shí)間的增長(zhǎng)而發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，降低活性物質(zhì)和板柵間結(jié)合力，導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落。蓄電池內(nèi)部的正極活性物質(zhì)成分復(fù)雜，一般常將正極活性物質(zhì)當(dāng)成一凝膠-晶體結(jié)構(gòu)物質(zhì)，該結(jié)構(gòu)物質(zhì)最小單元是由α-PbO2/β-PbO2晶體區(qū)和PbO2-PbO（OH）2凝膠區(qū)共同構(gòu)成。在正常情況下，這兩部分晶體與區(qū)域膠凝結(jié)構(gòu)處于平衡，但由于蓄電池在長(zhǎng)時(shí)間使用后其內(nèi)部晶體和膠凝結(jié)構(gòu)平衡被打破，則結(jié)合力較差晶體區(qū)域面積增加，活性物質(zhì)單元之間結(jié)合力降低，最終造成正極活性物質(zhì)軟化脫落，電池失效。

2.3 不可逆硫酸鹽化

閥控鉛酸蓄電池負(fù)極活性物質(zhì)主要為海綿狀鉛，當(dāng)蓄電池放電時(shí)內(nèi)部的Pb通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻bSO4，而在充電時(shí)PbSO4重新轉(zhuǎn)變?yōu)镻b，但蓄電池長(zhǎng)時(shí)間深放電、欠充電狀態(tài)下電池負(fù)極周?chē)腜bSO4晶體因?yàn)椴荒芡耆ㄟ^(guò)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Pb，則剩余的晶體在一系列的溶解-沉積過(guò)程后晶核不斷變大，顆粒粗度不斷變大，晶核PbSO4晶體因?yàn)槿芙舛刃　⒒瘜W(xué)性差不再參與化學(xué)反應(yīng)，即前文所述的不可逆硫酸鹽化。在電池負(fù)極產(chǎn)生的失效大塊不可溶PbSO4晶體會(huì)造成電池活性物質(zhì)減少，且極易造成負(fù)極板表面出現(xiàn)富集，出現(xiàn)致密層，進(jìn)而導(dǎo)致電解液進(jìn)入，最終導(dǎo)致電池極板內(nèi)部活性物質(zhì)無(wú)法參與化學(xué)反應(yīng)而造成電池極化。

3 通信用蓄電池失效的修復(fù)技術(shù)

3.1 正極板強(qiáng)化劑

如前文所述，極板軟化、脫落是造成電池壽命縮水的重要原因，因此該單位通過(guò)提供一種極板強(qiáng)化劑，來(lái)強(qiáng)化軟化極板。該強(qiáng)化劑呈現(xiàn)弱堿性，因此，蓄電池在放電后加入蓄電池內(nèi)可在極板活性物周?chē)纬梢环N弱堿環(huán)境，進(jìn)而在蓄電池充電時(shí)電流輔助下提高活性物中α氧化鉛的產(chǎn)生效率，最終達(dá)到強(qiáng)化極板的目的，此外，因?yàn)樵摌O板強(qiáng)化劑內(nèi)具有一定的鉍等物質(zhì)，可以顯著增強(qiáng)電池極板的導(dǎo)電性，提升蓄電池的使用壽命。

3.2 修復(fù)設(shè)備

修復(fù)設(shè)備具有對(duì)蓄電池電壓溫度等數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集、存儲(chǔ)和輸出功能，將收集到的數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)，根據(jù)既定的程序?qū)π铍姵剡M(jìn)行自動(dòng)修復(fù)。其中，修復(fù)設(shè)備包括單正脈沖與雙正負(fù)脈沖電源，能夠產(chǎn)生高頻脈沖將粗大PbSO4晶體擊穿，使PbSO4晶體和激活劑接觸充分，進(jìn)而在蓄電池充電時(shí)電流輔助下提高活性物中α氧化鉛的產(chǎn)生效率。

3.3 修復(fù)工藝

對(duì)報(bào)廢鉛酸蓄電池全方位立體的修復(fù)技術(shù)，主要特點(diǎn)在于要注重整個(gè)電池組的均衡性而不僅是單體性能，注重蓄電池全面性能而不僅是容量。

該單位采用“3充2放”的工藝流程，根據(jù)單體壓差、內(nèi)阻、電導(dǎo)值等，進(jìn)行5次嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)拚組，有效地確保整租性能和使用壽命。

修復(fù)產(chǎn)品的特點(diǎn)針對(duì)不同電池的特性制定獨(dú)特的修復(fù)工藝，通過(guò)對(duì)修復(fù)過(guò)程中電流、電壓、時(shí)間、溫度和電解液比得等因素的控制，達(dá)到既有效強(qiáng)化正極板，又不傷害電池的最佳效果。

蓄電池修復(fù)是一項(xiàng)技術(shù)含量較高、綜合性較強(qiáng)的技術(shù)領(lǐng)域，各修復(fù)廠(chǎng)家修復(fù)過(guò)程看上去類(lèi)似，但是實(shí)質(zhì)上可能存在很大差異。修復(fù)技術(shù)的完善程度不太容易直觀的鑒別修復(fù)蓄電池的效果也需要一段時(shí)間的檢驗(yàn)，所以修復(fù)技術(shù)需要通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證和大量長(zhǎng)期的實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)水平的不斷提升，蓄電池修復(fù)技術(shù)也在實(shí)踐中不斷發(fā)展，相信在不久的將來(lái)，蓄電池修復(fù)技術(shù)在改善生態(tài)環(huán)境和推進(jìn)資源節(jié)約循環(huán)利用方面必將發(fā)揮更大作用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉巍.中國(guó)鉛酸蓄電池行業(yè)清潔生產(chǎn)和鉛元素流研究[D].北京：清華大學(xué)，2016.

[2]白云光.鉛酸蓄電池脈沖快速充電過(guò)程優(yōu)化及硫化故障的研究[D].遼寧：東北大學(xué)，2014.