阀控式密封铅酸电池在电力系统中的应用——评《铅酸蓄电池科学与技术》

赵 磊，李 瑛

（国网北京市电力公司经济技术研究院，北京 100055）

为防止断电带来的意外损失，电力系统中大多数设备都具备电池应急组。一旦系统发生断电，电池组会立即切除故障，保证电力系统的安全运行。阀控式密封铅酸（VRLA）电池具有免维护的优势，广泛应用于电力系统中，但是“免维护”只是不需再加电解液，实际上VRLA电池在使用中存在较多的安全隐患。必须对电力系统中使用的VRLA电池有更清晰、正确的了解，选用合适的电池，保障电力系统的稳定。

由德切柯·巴普洛夫编著，段喜春、苑松翻译的《铅酸蓄电池科学与技术》一书，全面介绍了铅酸电池的基本原理，重点论述了铅酸电池的生产工艺流程及对电池性能参数的具体影响。全书共6部分，16章。第1部分为铅酸电池的基本原理，介绍了铅酸电池的发明与发展、基本原理;第2部分为铅酸电池生产用原料，分别介绍了H2SO4电解液、铅合金和板栅、铅氧化物;第3部分为铅膏制备和极板固化的反应，分别介绍了铅膏和涂板、正负极铅膏的添加剂、极板固化;第4部分为极板化成，分别介绍了固化极板在化成之前的浸酸、铅酸电池的化成技术;第5部分为电池存储和VRLA电池，分别介绍了化成后以及电池存储期间的反应、VRLA电池及铅-碳电极;第6部分为铅酸电池活性物质的计算，从不同方面介绍了铅酸电池不同类型、不同生产工艺下活性物质的计算方法。

1 铅酸电池的基本原理

1.1 铅酸电池的化学工作原理

铅酸电池通过在内部发生化学反应进行充放电，实现化学能和电能的转化。负极化学反应式如式（1）、（2）所示;正极化学反应式如式（3）、（4）所示;总反应如式（5）所示。

1.2 铅酸电池的结构

铅酸电池主要是由正负极板组、隔板、容器和电解液等构成，如图1所示。

正、负极板由纯铅制成，上面直接形成有效物质，有些极板用铅镍合金制成栅架，上面涂以有效物质。正极的有效物质为PbO2，由氧化的铅细粒构成，电解液能够在这些细粒之间自由通过。

2 铅酸电池的生产原料

2.1 H2 SO4电解液

铅酸电池的电解液为H2SO4，密度视铅酸电池类型和所用的极板而定，一般在15℃时为1.2～1.3 g/cm3。电池用的电解液必须保持纯净，不能含有危害铅酸电池的杂质。电解液的密度对电池的工作有重要影响:密度大，可减少结冰的危险，提高电池容量;密度过大，则黏度增加，反而会降低电池容量，缩短使用寿命。电力行业使用的铅酸电池，应根据当地最低气温或制造厂家的要求，选择合适的电解液密度。

2.2 铅合金和板栅

铅酸电池合金含有质量分数为7%～12%的锑和0.1%～0.5%的锡，余量为铅。加入锑可提升铅合金的强度和硬度，并增强板栅在硫酸中的耐蚀性。铅锑合金是制造铅酸电池板栅和导电零件时常用的一种合金材料，与纯铅材料相比，它的熔点低、熔融状态下流动性好、易浇铸成型、凝固后的硬度大。铅锑合金板栅的气体析出超电势低，因此，铅酸电池中的铅合金中选择性地加入了砷、硫和铜等金属，以改善合金的物理和化学性能。

3 铅酸电池的铅膏制备和极板化成

3.1 铅膏制备

铅膏是由铅粉、水、硫酸和添加剂混制而成的可塑性物质，性质与铅膏视密度、黏稠程度紧密相关。按密度，铅膏可分为膏型膏和砂型膏。膏型膏密度为1.10～1.25 g/cm3，适用于链式涂板机和手工涂板;砂型膏密度为1.3～1.4 g/cm3，适用于带式涂板机。铅膏的和制过程就是在和膏机内，将各种原料混合成具有可塑性的膏状，如图2所示。

3.2 极板化成

极板化成就是将生极板放置到稀硫酸电解液中，通过氧化和还原反应，使正极板的PbO变为PbO2，负极板的PbO变为海绵状金属铅的过程。铅酸电池的极板化成方法主要有化成槽法和电池法。

4 阀控式密封铅酸（VRLA）电池

4.1 VRLA电池的原理

VRLA电池最大的使用特点就是“免维护”，即在使用期间不用加酸、加水。这主要是因为VRLA电池在充电过程中产生的氧能够在电池内部实现再复合利用，氢的析出也被抑制。电池的失水量少，就无须再进行加酸、加水的维护。

4.2 VRLA电池的主要技术数据

VRLA电池的主要技术数据包括电池容量、电压、电池内阻、放电时率与放电倍率等。

4.2.1 电池容量

电池容量是电池在一定的条件下所放出的电量，是衡量电池性能的重要指标之一。电池容量分为额定容量、理论容量和实际容量:额定容量是指国家标准规定下的电池容量，体现了电池存储电量的大小;理论容量是指所有活性物质均参与成流反应时，电池所能放出的电量;实际容量是指实际使用过程中电池所能放出的电量，为放电时间与放电电流的乘积，且小于理论容量。

4.2.2 电压

电压是电路中自由电荷能够定向移动的原因。开路状态下的端电压为开路电压，等于电池正、负极稳定电位的差值;初始电压为电池在放电初始状态下的电压;放电电压为电池接通负载后开始放电时的电压，又称为负荷电压和工作电压;给电池充电时，施加于电池两端的、来自外部电源的电压为充电电压;电池充满电后，为了防止电能的流失，电源仍然会以恒定的电压给电池持续提供浮充电流，这一恒定电压称为浮充电压;终止电压是指电池放电时，电压降到不宜继续放电时的最低工作电压。

4.2.3 电池内阻

电池内阻定义为电池在使用状态下，电流在电池内部流动时所受到的阻力，分为欧姆内阻和极化内阻。内阻是评价电池性能的一项重要指标，与电池放电能力成反比。

4.2.4 放电时率与放电倍率

放电时率是指电池在规定的时间内，以规定的电流放出的容量，与放电容量成正比，与放电电流成反比。放电倍率反映了放电速度，等于放电电流与额定容量的商，在数值上是额定容量的倍数。为了使不同的电池具有可比性，一般使用额定容量和放电时间的比值来表示放电电流。

4.3 VRLA电池的检测

使用一段时间后，VRLA电池的各方面性能都会有所下降、功能出现老化。为及时发现问题、避免发生危险，需要及时对电池进行全面检测。常用的检测方法如下:①检测电池容量。这是根据基本理论来进行检测的一种理想方法，可检测出VRLA电池处于生命周期中的哪一个阶段。使用该方法检测的VRLA电池容量是最直接、最准确的，但检测成本非常高。②检测欧姆电阻。通过测试电池内阻来确定电池的性能，是一种较科学的检测方法，但是与电池容量相比，通过电池内阻无法检测出全部有问题的电池，因此检测结果的准确性低于电池容量检测。③检测内部电阻。由于电池内部的电阻对性能有较大影响，在检测电池寿命时，需要重点考虑电池的内部电阻。

5 结语

VRLA电池作为备用电源，供电稳定且免维护，在电力系统中具有很高的应用价值。《铅酸蓄电池科学与技术》一书全面分析了铅酸电池的原理、结构、原材料和生产流程等，还详细介绍了VRLA电池的设计等内容。该书引用、提炼了大量原始技术资料和实验数据，逻辑严谨、内容充实、思路清晰、浅显易懂，可供电力设计、制造和运行人员阅读，对其他部门有关人员选择VRLA电池及大专院校师生的专业学习也有一定的参考价值。

书名:铅酸蓄电池科学与技术

作者:德切柯·巴普洛夫编著

ISBN:9787111676027

出版社:中国电力出版社

出版时间:2021-06-01

定价:¥249.00元