电池修复技术在通信机房蓄电池维护中的应用

柯世杰，袁 荣，张雪峰

（75841部队，海南 海口 570236）

0 引言

铅酸蓄电池老化不能使用的主要原因是极板上堆积了一层硫酸铅的结晶体，这种物质的堆积使蓄电池的内阻增加，从而造成蓄电池充电时间过长，充电电量不足，逐渐老化，无法有效保证通信设备在断电情况下的续航时长。通信机房铅酸蓄电池一个普遍的现状是配发时间长、性能劣化、急需更换，但更换成本巨大。如果能对部分未严重劣化的旧蓄电池进行修复，延长蓄电池的使用寿命，将提高经费使用效益，也符合绿色环保的发展思路。

我们在研究通信机房旧铅酸蓄电池的工作机理和环境因素的基础上，采用电化学方式，合理调整技术参数，配置了蓄电池修复添加剂，并结合使用复合脉冲波去硫化技术，能够快速有效融解顽固的硫酸铅结晶体，恢复旧铅酸蓄电池的容量，达到了较好的效果。

1 蓄电池修复机理

1.1 蓄电池工作原理

典型的铅酸蓄电池具有两种极板类型，一种是铅（负极活物质），另一种是二氧化铅（正极活物质）。在放电过程中，铅板（负极板）与硫酸H2SO4电解质发生反应产生硫酸铅（PbSO4）和自由电子，二氧化铅（PbO2）板（正极板）与硫酸H2SO4电解质发生化学反应，产生氢离子和氧离子，在极板上产生水和硫酸铅（PbSO4）。在充电过程中，该过程逆反应。

1.2 硫酸盐化原因

在理论上，蓄电池的充放电过程是可逆的，铅酸蓄电池在放电时，正负极板都产生一种化合物即硫酸铅，硫酸铅是一种难溶于水、不导电的物质。理想充电状态下，硫酸铅在电流作用下溶解并还原成铅，但实际使用过程中，充放电条件不能达到理想条件，时常出现充电不足、失水、过放电等情况，硫酸铅就会形成粗大坚硬的结晶体，这时就很难用一般的方法将其还原成铅，被称之为不可逆的硫酸盐化。硫酸盐化，一方面，它可以阻挡硫酸与其他活性物质接触并发生反应；另一方面，它使活性物质数量减少，引起蓄电池容量下降，严重时会造成蓄电池寿命终止。

1.3 去硫化原理

蓄电池修复的关键技术在于融解顽固的硫酸铅结晶体（即去硫化），且能够有效地保证不损伤蓄电池极板，恢复蓄电池的性能。对于硫化电池，市场上主要有大电流充电、复合脉冲充电、在线除硫和化学除硫法等方法。其中，复合脉冲充电去硫效果最佳，其主要采用专用脉冲修复仪对电池进行充放电来消除硫化。从物理学上讲，任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿，一旦绝缘层被击穿，就会由绝缘状态转变为导电状态。如果对电导性差阻值大的硫酸盐层施加瞬间高电压，就可以击穿大的硫酸铅结晶，如果这个高电压足够短，并且进行限流，在打穿硫化层的条件下，适当控制充电电流，就不会引起电池析气。电池析气量取决于电池的端电压以及充电电流的大小，如果脉冲宽度足够短，占空比较大，就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下，同时发生的微充电来不及形成析气，如果含有负脉冲去极化，就更能使在击穿硫酸盐层时控制极板气体析出，这样就实现了脉冲去硫化。

1.4 修复添加剂的选择

常规的复合脉冲充电技术可修复部分蓄电池，但修复效果并不理想，经过反复实验，新研制的电池修复添加剂，配合脉冲充电技术，能够快速有效去硫，其主要化学成分及作用发挥如下：

（1）稀硫酸：修复目的是加快溶解附在极板上的硫酸铅，同时确保极板不受腐蚀。负极板的主要成分是铅，从化学特性分析，铅不耐浓硫酸腐蚀，但于稀硫酸中耐腐蚀。而硫酸铅相对于电解液，易溶于稀硫酸，在电池修复过程中，使用稀硫酸作为修复添加剂，有利于硫酸铅晶体的溶解且不伤及铅极板。

（2）硫酸铜：为碱土金属，在化学反应中，这些碱土金属的金属离子置换硫酸铅结晶中的铅离子，使电解液中的铅离子浓度增加，参加电化学反应的活性物质增加，从而提高电池的容量，达到修复目的。但这些碱土金属离子会点蚀极板造成电池损坏，因此应控制用量。

（3）氯化铵、氯化钠：蓄电池在充电过程中，温度会升高，硫酸铅在高温的时候，容易与氯化铵反应，转换为氯化铅，而氯化铅易溶于饱和的氯化钠溶液。

且在修复过程中，以上化学成分与阴极和阳极的化学物质发生电化学反应，能够形成一层电解膜，附着在极板表面，抑制新的硫化反应。

2 修复方案

为验证修复效果，我们选择海南萨米尔蓄电池修复设备（TRD-250VS、TRC-S120）来修复蓄电池，该设备采用市场上主流的复合脉冲充电法。在电池修复添加剂比例配置上，通过多次反复实验对比，我们配置1.28 g/ml的稀硫酸溶液为添加剂的底液，在底液中适当加入硫酸铜、氯化铵和晶体氯化钠，平均每5 L底液中加入8-12 g硫酸铜晶体、3-5 g氯化铵晶体、8-12 g氯化钠晶体。

修复蓄电池主要按以下步骤进行：

（1）挑选蓄电池。选取外观好、无漏液电池，测量电池电压，初步筛选电池。各电池电压需高于2 V，才能满足测试条件。

（2）注入修复添加剂。打开蓄电池的密封阀，加入添加剂，剂量需保证液面覆盖极板。

（3）溶解硫酸铅结晶体。使用蓄电池修复设备对待修复蓄电池进行多轮充放电激活（一次充放电为一次循环），使极板上覆盖的硫酸铅结晶体逐步融化到蓄电池的化学液中。

（4）持续调整测试。调整充、放电的技术参数，进行多次充放电，争取获得最佳修复效果。记录修复后电池的容量和内阻等参数，得到实验数据。

3 实验结果及结论

共选取四组电池进行实验，其中第一组20节双登牌500AH2V蓄电池组，第二组48节汤浅牌200AH2V蓄电池组，第三组48节汤浅牌500AH2V蓄电池组，第四组36节日丰牌200AH2V蓄电池组，按照修复方案逐步进行操作，过程中，测试电池容量、电池电压、电解质比重、电解质阻抗，并观察电解液颜色，通过反复充放电，测试各项参数有无变化并是否达到预计水平。整个过程中，对单体电池电压低于1.8 V的，我们予以去除。各组测试数据对比如表1所示：

表1 各组蓄电池测试数据对比

在第一组电池修复中，蓄电池为AGM电池，电池充放电3个循环后，进行了再生和修复，电解液达到了新电解液的水平，蓄电池容量恢复到42%，但在之后的修复循环中，蓄电池状况未恢复到理想水平；第二组电池修复过程中，蓄电池为GEL型蓄电池，充放电2个循环后，进行了再生和修复，电解液和容量完全恢复到新电池水平，期间整批电池的状况极好，我们只损失了1节电池。蓄电池容量从41%升至到97%，理论上，可认为这批47节电池已修复成功，可以投入使用；第三组电池修复同样为GEL型蓄电池，充放电2个循环后，进行了再生和修复，电解液和容量完全恢复到新电池水平，期间除1块电池外，整批电池的状况极好，蓄电池容量从47%升至到93%，达到了预期效果；第四组电池修复中，充放电5个循环后，电解液恢复到新电池水平，但无法把这电池的容量恢复到60%以上，打开蓄电池，可以看出，该组电池铅板腐蚀与氧化严重，导致修复效果不佳。

可见，上述方法的得到的修复添加剂，能够很好地提高废旧蓄电池的电池容量，取得了较好的效果，达到了我们预期的目的，从理论上分析，这两组电池应该与新的蓄电池组有相近的使用效能。部队通信机房铅酸蓄电池数量非常庞大，蓄电池少有过充或过放情况，蓄电池极板和电解液性能状态较好，修复价值高，如果采取此方法进行修复，具有很高的经济价值，且该方法操作简单，操作专业性要求不高，对改善部队小远散单位机房蓄电池使用现状，具有广阔的使用前景。