閥控式密封鉛酸電池在電力系統中的應用
——評《鉛酸蓄電池科學與技術》

趙 磊，李 瑛

（國網北京市電力公司經濟技術研究院，北京 100055）

為防止斷電帶來的意外損失，電力系統中大多數設備都具備電池應急組。一旦系統發生斷電，電池組會立即切除故障，保證電力系統的安全運行。閥控式密封鉛酸（VRLA）電池具有免維護的優勢，廣泛應用于電力系統中，但是“免維護”只是不需再加電解液，實際上VRLA電池在使用中存在較多的安全隱患。必須對電力系統中使用的VRLA電池有更清晰、正確的了解，選用合適的電池，保障電力系統的穩定。

由德切柯·巴普洛夫編著，段喜春、苑松翻譯的《鉛酸蓄電池科學與技術》一書，全面介紹了鉛酸電池的基本原理，重點論述了鉛酸電池的生產工藝流程及對電池性能參數的具體影響。全書共6部分，16章。第1部分為鉛酸電池的基本原理，介紹了鉛酸電池的發明與發展、基本原理;第2部分為鉛酸電池生產用原料，分別介紹了H2SO4電解液、鉛合金和板柵、鉛氧化物;第3部分為鉛膏制備和極板固化的反應，分別介紹了鉛膏和涂板、正負極鉛膏的添加劑、極板固化;第4部分為極板化成，分別介紹了固化極板在化成之前的浸酸、鉛酸電池的化成技術;第5部分為電池存儲和VRLA電池，分別介紹了化成后以及電池存儲期間的反應、VRLA電池及鉛-碳電極;第6部分為鉛酸電池活性物質的計算，從不同方面介紹了鉛酸電池不同類型、不同生產工藝下活性物質的計算方法。

1 鉛酸電池的基本原理

1.1 鉛酸電池的化學工作原理

鉛酸電池通過在內部發生化學反應進行充放電，實現化學能和電能的轉化。負極化學反應式如式（1）、（2）所示;正極化學反應式如式（3）、（4）所示;總反應如式（5）所示。

1.2 鉛酸電池的結構

鉛酸電池主要是由正負極板組、隔板、容器和電解液等構成，如圖1所示。

正、負極板由純鉛制成，上面直接形成有效物質，有些極板用鉛鎳合金制成柵架，上面涂以有效物質。正極的有效物質為PbO2，由氧化的鉛細粒構成，電解液能夠在這些細粒之間自由通過。

2 鉛酸電池的生產原料

2.1 H2 SO4電解液

鉛酸電池的電解液為H2SO4，密度視鉛酸電池類型和所用的極板而定，一般在15℃時為1.2～1.3 g/cm3。電池用的電解液必須保持純凈，不能含有危害鉛酸電池的雜質。電解液的密度對電池的工作有重要影響:密度大，可減少結冰的危險，提高電池容量;密度過大，則黏度增加，反而會降低電池容量，縮短使用壽命。電力行業使用的鉛酸電池，應根據當地最低氣溫或制造廠家的要求，選擇合適的電解液密度。

2.2 鉛合金和板柵

鉛酸電池合金含有質量分數為7%～12%的銻和0.1%～0.5%的錫，余量為鉛。加入銻可提升鉛合金的強度和硬度，并增強板柵在硫酸中的耐蝕性。鉛銻合金是制造鉛酸電池板柵和導電零件時常用的一種合金材料，與純鉛材料相比，它的熔點低、熔融狀態下流動性好、易澆鑄成型、凝固后的硬度大。鉛銻合金板柵的氣體析出超電勢低，因此，鉛酸電池中的鉛合金中選擇性地加入了砷、硫和銅等金屬，以改善合金的物理和化學性能。

3 鉛酸電池的鉛膏制備和極板化成

3.1 鉛膏制備

鉛膏是由鉛粉、水、硫酸和添加劑混制而成的可塑性物質，性質與鉛膏視密度、黏稠程度緊密相關。按密度，鉛膏可分為膏型膏和砂型膏。膏型膏密度為1.10～1.25 g/cm3，適用于鏈式涂板機和手工涂板;砂型膏密度為1.3～1.4 g/cm3，適用于帶式涂板機。鉛膏的和制過程就是在和膏機內，將各種原料混合成具有可塑性的膏狀，如圖2所示。

3.2 極板化成

極板化成就是將生極板放置到稀硫酸電解液中，通過氧化和還原反應，使正極板的PbO變為PbO2，負極板的PbO變為海綿狀金屬鉛的過程。鉛酸電池的極板化成方法主要有化成槽法和電池法。

4 閥控式密封鉛酸（VRLA）電池

4.1 VRLA電池的原理

VRLA電池最大的使用特點就是“免維護”，即在使用期間不用加酸、加水。這主要是因為VRLA電池在充電過程中產生的氧能夠在電池內部實現再復合利用，氫的析出也被抑制。電池的失水量少，就無須再進行加酸、加水的維護。

4.2 VRLA電池的主要技術數據

VRLA電池的主要技術數據包括電池容量、電壓、電池內阻、放電時率與放電倍率等。

4.2.1 電池容量

電池容量是電池在一定的條件下所放出的電量，是衡量電池性能的重要指標之一。電池容量分為額定容量、理論容量和實際容量:額定容量是指國家標準規定下的電池容量，體現了電池存儲電量的大小;理論容量是指所有活性物質均參與成流反應時，電池所能放出的電量;實際容量是指實際使用過程中電池所能放出的電量，為放電時間與放電電流的乘積，且小于理論容量。

4.2.2 電壓

電壓是電路中自由電荷能夠定向移動的原因。開路狀態下的端電壓為開路電壓，等于電池正、負極穩定電位的差值;初始電壓為電池在放電初始狀態下的電壓;放電電壓為電池接通負載后開始放電時的電壓，又稱為負荷電壓和工作電壓;給電池充電時，施加于電池兩端的、來自外部電源的電壓為充電電壓;電池充滿電后，為了防止電能的流失，電源仍然會以恒定的電壓給電池持續提供浮充電流，這一恒定電壓稱為浮充電壓;終止電壓是指電池放電時，電壓降到不宜繼續放電時的最低工作電壓。

4.2.3 電池內阻

電池內阻定義為電池在使用狀態下，電流在電池內部流動時所受到的阻力，分為歐姆內阻和極化內阻。內阻是評價電池性能的一項重要指標，與電池放電能力成反比。

4.2.4 放電時率與放電倍率

放電時率是指電池在規定的時間內，以規定的電流放出的容量，與放電容量成正比，與放電電流成反比。放電倍率反映了放電速度，等于放電電流與額定容量的商，在數值上是額定容量的倍數。為了使不同的電池具有可比性，一般使用額定容量和放電時間的比值來表示放電電流。

4.3 VRLA電池的檢測

使用一段時間后，VRLA電池的各方面性能都會有所下降、功能出現老化。為及時發現問題、避免發生危險，需要及時對電池進行全面檢測。常用的檢測方法如下:①檢測電池容量。這是根據基本理論來進行檢測的一種理想方法，可檢測出VRLA電池處于生命周期中的哪一個階段。使用該方法檢測的VRLA電池容量是最直接、最準確的，但檢測成本非常高。②檢測歐姆電阻。通過測試電池內阻來確定電池的性能，是一種較科學的檢測方法，但是與電池容量相比，通過電池內阻無法檢測出全部有問題的電池，因此檢測結果的準確性低于電池容量檢測。③檢測內部電阻。由于電池內部的電阻對性能有較大影響，在檢測電池壽命時，需要重點考慮電池的內部電阻。

5 結語

VRLA電池作為備用電源，供電穩定且免維護，在電力系統中具有很高的應用價值。《鉛酸蓄電池科學與技術》一書全面分析了鉛酸電池的原理、結構、原材料和生產流程等，還詳細介紹了VRLA電池的設計等內容。該書引用、提煉了大量原始技術資料和實驗數據，邏輯嚴謹、內容充實、思路清晰、淺顯易懂，可供電力設計、制造和運行人員閱讀，對其他部門有關人員選擇VRLA電池及大專院校師生的專業學習也有一定的參考價值。

書名:鉛酸蓄電池科學與技術

作者:德切柯·巴普洛夫編著

ISBN:9787111676027

出版社:中國電力出版社

出版時間:2021-06-01

定價:￥249.00元