瓶装纯净水对蓄电池性能影响的研究

覃顺一，祖海川，王廷华，闫娜，陈二霞，霍玉龙，刘燕朝，陈志雪

（风帆有限责任公司，河北 保定 071057）

0 引言

为了提高用户的驾驶舒适度，重卡电空调车逐渐兴起，随之各电池生产厂家纷纷推出电空调用铅酸蓄电池。24 V 车载空调用铅酸蓄电池是近几年出现的新产品，主要用于工程车、卡车[1]。该型号铅酸蓄电池的放电电流为 20～45 A，保护电压为 10.5～11.7 V/只。由于有部分空调厂家设计的保护电压过低，蓄电池存在深放电的风险[2]。深放电会使电池生成大量硫酸铅颗粒，导致极板的导电性变差，从而造成在电池再充电过程中极板极化增大，充电效率降低，析气增加。在炎热夏季，过高的环境温度使蓄电池的浮充电流上升，导致析出的气体过多。同时，夏季时客户对蓄电池的使用需求较高，导致蓄电池的放电深度和充电电流普遍较大。这类苛刻的使用环境致使蓄电池常常出现水损耗严重，硫酸电解液密度升高的情况，从而缩短蓄电池的寿命[3]。因此，在长期使用过程中，驻车空调用电池普遍存在电解液液面过低，电解液密度偏高的情况。

电解液密度对铅酸蓄电池的循环寿命有较大的影响。当蓄电池内电解液液面过低，电解液密度高于 1.28 g/cm3时，蓄电池的循环寿命就会缩短[4]。

目前，市场上额定容量在 150 Ah 及以上的电空调车用带栓大型免维护铅酸蓄电池在长时间使用过程中，存在水损耗较大的情况，从而导致蓄电池的使用寿命缩短。当电解液的液面接近甚至低于设定的最低液面线时，可以通过注液孔补加蓄电池专用水，进行适当的维护，延长蓄电池的使用寿命。由于消费者有时不易在市面上获得实验室制备的纯水或者蓄电池专用水，笔者研究了瓶装纯净水对铅酸蓄电池水损耗和自放电性能的影响。

1 实验

1.1 样品制备

组装 6 只 12 V 35 Ah 富液起动型铅酸蓄电池。对样品电池的极板等半成品进行监测，以确保样品电池性能的稳定性和数据的准确性。

1.2 水杂质分析化验

为了了解不同品牌瓶装纯净水的成分差别，抽取实验室纯水和市场上常见品牌（如图1 所示）的瓶装纯净水，参照国标 GB 17323—1998[5]进行成分化验。铁含量、氯含量、锰含量和还原物含量检测结果见表1。对于所测试的 5 种瓶装水，铁、氯、锰含量没有差别，还原物的含量略有差别。选择还原物含量较高的 4 号水样（今麦郎软化纯净水）作为后续实验用纯净水，并与实验室制备蓄电池用纯水对比进行后序试验。

表1 水样杂质含量检测结果 %

图1 市面采购的饮用纯净水

1.3 水损耗测试

水损耗试验：① 选取 2 只样品电池，其中一只样品使用 4 号水样配置的电解液，另一只样品使用 0 号水样配置的电解液；② 借鉴国标 GB/T 5008.1—2013[6]中第 5.10 条款，将环境温度由 40 ℃ ±2 ℃ 改为 60 ℃ ± 2 ℃，保持其它条件不变，进行水损耗试验。由表2 可以看出，4 号水样对样品电池的 60 ℃ 水损耗性能的影响很小。由于 60 ℃ 水损耗试验中选用了还原物含量相对较高的 4 号水样，因此可以推断出，其它水样对样品电池 60 ℃水损耗性能的影响更小。

表2 水损耗试验测试结果

1.4 自放电测试

自放电试验：① 选取 4 只样品电池，其中 2只样品使用 4 号水样配置的电解液，另 2 只样品使用 0 号水样配置的电解液；② 在室内，将温度控制在 25 ℃ ± 5 ℃，进行自放电测试。每天测量并记录 4 只样品电池的端电压和内阻。将测试结果列于表3 中，并绘制成电压曲线图和内阻曲线图。由图2 和图3 可以看到，4 号水样对常温下样品电池的自放电性能影响很小。由于自放电试验中选用了还原物含量相对较高的 4 号水样，因此可以推断出，其它水样对样品电池自放电性能的影响更小。

表3 自放电试验测试结果

图2 样品电池的电压变化曲线

图3 样品电池的内阻变化曲线

1.5 电化学测试

使用辰华 CHI660E 电化学工作站进行线性扫描分析，研究由瓶装纯净水制备的电解液对电极析氢过电位的影响。工作电极为面积S= 15 mm × 15 mm，厚度为 1.0 mm 的铅合金样条。对电极为面积S=30 mm × 40 mm，厚度为 1.0 mm 的铅合金样条。参比电极为 Hg/Hg2SO4电极（E0= 0.656 V，25 ℃）。线性扫描电位区间为开路电位（OCV）～-1.60 V。先以 5 mV/s 的扫描速率扫描 5 次，然后以 1 mV/s的扫描速率进行对比测试。编号为 3-1 和 3-2 样品电极使用 0 号水样配置的硫酸电解液。编号为 3-3和 3-4 样品电极使用 4 号水样配置的硫酸电解液。电解液的密度均为 1.285 g/cm3。由图4 中可以看出，3-3 和 3-4 样品电极的析氢电位略微偏正，说明采用 4 号水样的电极析氢过电位较低，更容易析氢，但是直到电位低于 -1.45 V 后 4 个样品电极的析氢速率才出现较大的区别。一般情况下，富液铅酸电池在汽车上工作时的充电电压不会高于14.80 V，其负极的电位也不会低于 -1.40 V[7]。总之，在负极的开路电位（OCV）～-1.40 V 这个电位区间内，瓶装纯净水和实验室制备蓄电池用纯水对电极的析氢曲线基本一致。瓶装纯净水对电极析氢没有多大的影响，即不会使电池的水损耗明显增大。

图4 电极的线性扫描曲线

2 结论

经上述分析，可以得出：市场上常见的瓶装纯净水对铅酸蓄电池的常温自放电性能和 60 ℃ 水损耗性能影响较小。可以预测，在汽车上正常使用时，瓶装纯净水对铅酸蓄电池的析氢过电位的影响较小，可满足铅酸蓄电池使用的要求。因此，在不易获得蓄电池专用水且车辆充电系统正常的情况下，可以在铅酸蓄电池电解液的液面低于最低液面线时，通过补加瓶装纯净水对蓄电池进行适当维护。