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动力铅酸蓄电池的板栅合金

发布时间:2021-09-29

       作为传统电流和支撑活性物质的板栅,自从铅酸蓄电池问世以来,经历了许多技术上的改进。最初,Plante是采用两块铅板作为电极,置于硫酸溶液中进行点解,使电解的电流方向不断变化,结果使铅板的蓄电池容量逐渐增加。1881年,Sellon采用Pb-Sb合金取代纯铅制成电极板栅,使电池极板的机械强度显著增加,这一发明极大地改善了铅酸电池的制造工艺,成为铅酸蓄电池发展过程中的一项重要改进。在随后的100多年时间里,人们对蓄电池板栅合金的机械、电化学、腐蚀、烧铸等性能进行了一系列研究改进,开发出了各种系列的合金来满足不同环境下的使用。目前使用最广泛的还是Pb-Sb合金和Pb-Ca合金,这两种系列的合金各有各的特点,谁也无法完全取代另一种。

       20世纪60~90年代中期人们对Pb-Sb合金进行了大量研究,研究热点在于低锑合金中添加砷、银、锡、硒等添加剂,以消除含锑合金的缺点而保留其优点,增加其锐变阻力和腐蚀阻抗,提高电池的深充放性能。比较成功的是Pb-Sb-Cd合金,应用于VRLA电池,特别是应用与电动自行车用VRLA电池。但是由于镉的毒性对人类和环境造成严重危害,北美和欧盟已经禁止使用镉。

       近10年,EV和HEV的车载电源最现实的选择之一当属铅酸蓄电池。为此各国科学家和国际先进铅酸蓄电池联合会一刻也没有停止过它作为车载电源的研究工作。其中研究新型板栅材料,降低板栅质量,提高电池的比质量,可以说是当前先进铅酸电池的研究热点之一。

       通常人们认为铅酸蓄电池的性能取决于正极,但由于动力电池经常工作在充电不足的状况下,负极对动力电池经常工作在充电不足的状态下,负极对动力电池性能的影响越来越大,负极的充电接受能力差和硫酸盐化问题也更多得显出来。由此可见,不但研究正极板栅重要,研究负极板栅同样重要,特别是不完全荷电状态下,有必要研究新型板栅合金和新型结构板栅。

       板栅是铅酸蓄电池的基本组成结构之一,它占蓄电池总质量的20%~30%,其作用主要有两个:第一,它是活性物质的载体,在蓄电池制造过程中,铅膏就涂覆在它上面,活性物质靠板栅来保持和支撑;第二,它是集流体,但负着蓄电池在充放电过程中电流的传导,集散作用并使电流分布均匀。

       作为传导电流并支撑活性物质的板栅,其表面积较小又常为活性物质所覆盖,但其导电能力远远高于活性物质,尤其是正极。所以电流总是在导电板栅负极并与电解液充分接触的那部分活性物质上优先通过,因为该处电阻最小。可见导电性良好的板栅材料,可使电流沿筋条均匀分布于活性物质上,从而提高活性物质的利用率。充电状态时正极活性物质二氧化铅的密度为9.37g/cm³、负极海绵状铅的密度为11.3g/cm³,放电后两极的硫酸铅的密度为6.3g/cm³。尤其密度差别可知,由多孔的二氧化铅和海绵状铅转化为硫酸铅时,一方面多孔物质的孔隙率要减少,另一方面整个物质的体积会有某种程度的膨胀,充电时又会收缩,这就要求板栅具有足够的强度,能抵抗这种膨胀与收缩。

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