膠體電池與AGM電池的對比

1、膠體電池與AGM電池的對比的一些總結(jié)閥控式密封鉛蓄電池有兩類，即分別采用玻璃纖維隔板（AGM）口硅凝膠（GEL）二種不同方式來“固定”硫酸電解液。它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。膠體電池發(fā)展和概述膠體電池屬于目前最廣泛使用的鉛酸蓄電池。是閥控式密封鉛酸蓄電池的一類。鉛酸蓄電池從問世到如今，一直是軍用民用領(lǐng)域中使用最廣泛的化學(xué)電源。早期的鉛酸電池使用的電解液是“富液式”的（電解液是流動(dòng)的），由于它使用電解液是游離態(tài)的,運(yùn)輸過程中常會有酸液流出，充電時(shí)也會有酸霧析出來,對環(huán)境和設(shè)備造成損害，人們就試圖將電解液“固定”起來,將電池“密封”起來，于是使用膠體電解液的鉛酸蓄電池應(yīng)運(yùn)而生。初期的

2、膠體鉛蓄電池使用的膠體電解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干態(tài)鉛蓄電池中。這樣雖然達(dá)到了“固定”電解液或減少酸霧析出的目的，但卻使電池的容量較原來使用自由電解液時(shí)的電池容量要低20%左右,因而沒有被人們所接受。膠體電池的鼻祖德國陽光公司早在60年代就第一次開發(fā)密封鉛蓄電池用膠體電解質(zhì)技術(shù)。目前已將該技術(shù)成功用于各種用途的密封電池（后備電源用,循環(huán)用，太陽能用等）。我國在50年代也開展了初期膠體電池的研制工作，到60年代末也就基本上停止了,60-70年代發(fā)展緩慢。80年代,德國陽光公司的膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品進(jìn)入中國市場,多年來使用效果表明它的性能確實(shí)不同于以前的膠體鉛蓄電池。這就迫使人們要重新認(rèn)

3、識膠體鉛蓄電池。然而7。年代后期至目前，國內(nèi)知名廠家所生產(chǎn)的膠體電池基本上都是模仿德國陽光的技術(shù)，多數(shù)廠家也僅僅是能作出外表相識的膠體電池，而沒有真正掌握核心的技術(shù)和成熟的生產(chǎn)工藝。以此，生產(chǎn)出來的膠體電池與國外產(chǎn)品存在明顯差距。經(jīng)過一段時(shí)間的“熱銷”和市場“熱捧”后，用戶反映不好,未能達(dá)到廠家所宣稱的水平。經(jīng)過一番折騰,國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)才深刻認(rèn)識到僅僅模仿別人是沒有長遠(yuǎn)發(fā)展的，不進(jìn)行核心技術(shù)的研究和配套材料、生產(chǎn)設(shè)備等的改進(jìn),是不能作出好的“膠體電池”來的。幾乎在研制膠體電池的同時(shí),采用玻璃纖維隔膜的陰極吸收式密封鉛蓄電池卻誕生了，它不但使鉛蓄電池消除了酸霧，而且還表現(xiàn)出內(nèi)阻小、大電流放電特性

4、好的優(yōu)點(diǎn)。因而在國民經(jīng)濟(jì)中,尤其是原來使用固定型鉛蓄電池的場合。尤其是其生產(chǎn)工藝簡單，成本低，得到了迅速的推廣和應(yīng)用。目前市場上使用的密封蓄電池里面，采用玻璃纖維隔膜（AGM的陰極吸收式密封鉛蓄電池仍占有絕對優(yōu)勢。將近年來的兩種閥控式密封鉛蓄電池的研制、生產(chǎn)和使用效果對它們進(jìn)行比較，可以總結(jié)出膠體電池的明顯優(yōu)勢：錯(cuò)誤！電解液被完全固化，因此其運(yùn)輸、使用時(shí)安全性更高，可以作為非危險(xiǎn)品運(yùn)輸（可以空運(yùn)），而AGM勺鉛蓄電池是作為危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)?。錯(cuò)誤！電解液量增加1525%曲目又AGM），因此充電時(shí)的水損失對壽命的影響可忽略，電池壽命大幅提高，一般大密電池的壽命可達(dá)1215年，有的甚至達(dá)到20年。而普通

5、ACM式電7多數(shù)3年。錯(cuò)誤！熱容高，使用時(shí)幾乎無“熱失控”發(fā)生，而“熱失控”是多數(shù)AG帆電池壽命失效方式和引發(fā)事故的原因。目前仍然沒有解決該問題。錯(cuò)誤！具有優(yōu)良的深放電后容量回復(fù)能力，可到95%，而AGM式電池一般在75%O自放電小，因此其貯存時(shí)間是AGM勺34倍（20C下可以24個(gè)月不用補(bǔ)充電）。錯(cuò)誤！由于其熱容大,電解液多,充電接收能力好,因此,其耐過充能力很強(qiáng)。特別使用環(huán)境惡劣的工作場合。不論是采用玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛蓄電池（以下簡稱AGM密封鉛蓄電池）還是采用膠體電解液的閥控式密封鉛蓄電池（以下簡稱膠體密封鉛蓄電池）,它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。電池充電時(shí),正極會析

6、出氧氣，負(fù)極會析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達(dá)到70時(shí)就開始了。析出的氧到達(dá)負(fù)極跟負(fù)極起下述反應(yīng),達(dá)到陰極吸收的目的。2Pb十Q=2PbO2PbOf2Hse）4：2PbSO4+2H20負(fù)極析氫則要在充電到90%時(shí)開始，再加上氧在負(fù)極上的還原作用及負(fù)極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應(yīng)。對AGM密封鉛蓄電池而言，AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液，但必須使10%勺隔膜孔隙中不進(jìn)入電解液。正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的。對膠體密封鉛蓄電池而言，電池內(nèi)的硅凝膠是以Si02質(zhì)點(diǎn)作為骨架構(gòu)成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后,骨架要

7、進(jìn)一步收縮,使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)極板之間,給正極析出的氧提供了到達(dá)負(fù)極的通道。由此看出,兩種電池的密封工作原理是相同的,其區(qū)別就在于電解液的“固定”方式和提供氧氣到達(dá)負(fù)極通道的方式有所不同。電池結(jié)構(gòu)和工藝上的主要差異ACM密封鉛蓄電池使用純的硫酸水溶液作電解液，其密度為1.291.32g/cm除了極板內(nèi)部吸有一部分電解液外，其大部分存在于玻璃纖維膜之中。為了給正極析出的氧提供向負(fù)極的通道，必須使隔膜保持有10%勺孔隙不被電解液占有，即貧液式設(shè)計(jì)。為了使極板充分接觸電解液，極群采用緊裝配的方式。另外，為了保證電池有足夠的壽命，極板應(yīng)設(shè)計(jì)得較厚，正板柵合金采用Pb-Ca-Sn-A1四元合金。并

8、普遍采用壓鑄工藝提高合金的耐腐蝕，性，設(shè)計(jì)壽命在20年以上，比普通AGMM1高50%膠體密封鉛蓄電池的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的,因?yàn)殡娊庖毫吭黾?520%，跟富液式電池相當(dāng)。硫酸溶液的濃度比AG毗電池要低，通常為1.261.28g/cm3。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充滿在隔膜中及正負(fù)極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著,電池外殼即使有裂縫,電液不會流出電池。由于這種電池采用的是富液式非緊裝配結(jié)構(gòu)，正極板柵材料采用低錦合金或與AGMfe池相似的Pb-Ca合金，大型電池一般采用管狀正極板。同時(shí)，為了提高電池容量而又不減少電池壽命，極板可以做得薄一些。電池槽內(nèi)部空間也可以擴(kuò)大些些。普通AGM電池的電液

9、灌注一般都是采用普通加酸機(jī)定量灌注，工藝上簡便快捷。膠體電池的膠體灌注則困難很多，除了對使用的硅膠要求較高外（納米級SiQ）,如何配制和灌注均勻成為關(guān)鍵。這兩個(gè)問題解決不好均會導(dǎo)致實(shí)際使用中常見的質(zhì)量問題,比如漏液和膠體水化,壽命大幅降低。目前國內(nèi)廠家都是簡單的真空灌注，效果欠佳,上下部很難分布均勻。研究合理的灌注工藝和設(shè)備已經(jīng)顯得非常必要。三、性能對比和說明電池放電性能初期的膠體蓄電池的放電容量只有富液式電池的85%左右，這是由于使用性能較差的膠體電解液直接灌人未加改動(dòng)的富液式電池之中，電池的內(nèi)阻較大，電解質(zhì)中離子遷移困難引起的。近來的研究工作表明，改進(jìn)膠體電解液配方,控制膠粒大小,摻人親水

10、性高分子添加劑,降低膠液濃度提高滲透性和對極板的親合力，采用真空灌裝工藝，用復(fù)合隔板或AGM鬲板取代橡膠隔板，提高電池吸液性；取消電池的沉淀槽，適度增大極板面積活性物質(zhì)的含量，結(jié)果可使膠體密封電池的放電容量達(dá)到或接近富液鉛蓄電池的水平。AG帆密封鉛蓄電池電解液量少，極板的厚度較厚，活性物質(zhì)利用率低于開口式電池，因而電池的放電容量比開口式電池要低10必右。與當(dāng)今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。主要是“貧液式”電液設(shè)計(jì)限制了極板容量。電池內(nèi)阻及大電流放電能力鉛蓄電池的內(nèi)阻是由歐姆內(nèi)阻、濃差極化內(nèi)阻、電化學(xué)極化內(nèi)阻組成的。前者包括極板、鉛零件、電解液、隔極電阻。AGM密封鉛蓄電池所用的玻璃纖

11、維隔板具有90%勺孔率,硫酸吸W接;內(nèi)，且電池采用緊裝配形式，離子在隔板內(nèi)擴(kuò)散和電遷移受到的阻礙很小，所以AG1密封鉛蓄電池具有低內(nèi)阻特性，大電流快速放電能力很強(qiáng)。這也是AGM電池相對于膠體電池最為明顯的優(yōu)勢之一。然而試驗(yàn)結(jié)果表明膠體密封鉛蓄電池的大電流放電性能仍然很好，完全滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對密封電池大電流放電性能的要求。這可能是由于多孔電極內(nèi)部及極板附近液層中的酸和其他有關(guān)離子的濃度在大電流放電時(shí)起到關(guān)鍵性的作用。隨著膠體電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和先進(jìn)材料的運(yùn)用，膠體的大電流放電水平已經(jīng)大幅提升,陽光公司已經(jīng)成功開發(fā)出由于啟動(dòng)用的膠體電池。膠體密封鉛蓄電池的電解液是硅凝膠，雖然離子在凝膠中的擴(kuò)散速度接近在

12、水溶液中的擴(kuò)散速度,但離子的遷移和擴(kuò)散要受到凝膠結(jié)構(gòu)的影響,離子在凝膠中擴(kuò)散的途徑越彎曲,結(jié)構(gòu)中孔隙越狹窄,所受到的阻礙也越大。因而膠體密封鉛蓄電池內(nèi)阻要比AGM封鉛蓄電池要大。熱失控?zé)崾Э刂傅氖牵弘姵卦诔潆姾笃冢ɑ蚋〕錉顟B(tài)）由于沒有及時(shí)調(diào)整充電電壓，使電池的充電電流和溫度發(fā)生一種累積性的相互增強(qiáng)作用,此時(shí)電池的溫度急劇上升，從而導(dǎo)致電池槽膨脹變形,失水速度加大,甚至電池?fù)p壞。上述現(xiàn)象是AGM密封鉛蓄電池在使用不當(dāng)時(shí)和壽命中后期.而出現(xiàn)的一種具有很大破壞性的現(xiàn)象。這是由于ACM密封鉛蓄電池采用了貧液式緊裝配設(shè)計(jì)，隔板中必須保持10%的孔隙不準(zhǔn)電解液進(jìn)入,因而電池內(nèi)部的導(dǎo)熱性差，熱容量小。充電時(shí)

13、正極產(chǎn)生的氧到達(dá)負(fù)極和負(fù)極鉛反應(yīng)時(shí)會產(chǎn)生熱量，如不及時(shí)導(dǎo)走，則會使電池溫度升高；如若沒有及時(shí)降低充電電壓，則充電電流就會加大,析氧速度增大,又反過來使電池溫度升高。如此惡性循環(huán)下去,就會引起熱失控現(xiàn)象。膠體密封鉛蓄電池的電解液量用得和開口式鉛蓄電池相當(dāng)，極群周圍及與槽體之間充滿凝膠電解質(zhì),有較大的熱容量和散熱性,不會產(chǎn)生熱量積累現(xiàn)象。因此，膠體電池幾乎不發(fā)生“熱失控”現(xiàn)象。德國陽光公司的膠體密封鉛蓄電池進(jìn)入中國市場已有二十余年，幾家代理商反饋均說沒有聽到用戶反映電池有熱失控現(xiàn)象。使用壽命影響閥控式密封鉛蓄電池使用壽命的因素很多，既有電池設(shè)計(jì)和制造方面的因素,又有用戶使用和維護(hù)條件方面的因素。就

14、前者而言，正極板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度乃是兩個(gè)最主要的因素。由于正板柵的厚度加大，采用PbCaSn-A1四元耐蝕合金，則根據(jù)板柵腐蝕速度推算，電池的使用壽命可達(dá)1015年。然而從電池使用結(jié)果來看，水損耗速度卻成為影響密封電池使用壽命的最關(guān)鍵性因素（一般35年）。對于AGM&封鉛蓄電池而言，由于采用貧液式設(shè)計(jì)，電池容量對電解液量極為敏感。電池失水10%,容量將降低20%損失25%K份，電池壽命結(jié)束。然而膠體密封鉛蓄電池采用了富液式設(shè)計(jì)，電解液密度比AGMe封鉛蓄電池低，降低了板柵合金腐f虹！度；電解液量也比后者多15%-20%,對失水的敏感性較低。這些措施均有利于延長電池使用壽命。根據(jù)德國陽光公司提供的資料，膠體電解液所含的水量足以使電池運(yùn)行1214年。電池投入運(yùn)行的第一年，水損耗4%-5%隨后逐年減少，4年之后總的水耗損只有2%OPH型密封電池在2.27V/單體條件下?充運(yùn)行10年后，其容量還有90%從國內(nèi)一些郵電通信部門的反映來看，雖然陽光公司的膠體密封鉛蓄電池售價(jià)較高，但其使用壽命卻長于國產(chǎn)的AGM密封鉛蓄電池。5復(fù)合效率復(fù)合效率是指充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧氣被負(fù)極吸收復(fù)合的比率。充電電流、電池溫度、負(fù)極特性和氧氣到達(dá)負(fù)極的速度等因素，均會影響密封電池的氣體復(fù)合效率。根據(jù)德國陽光公司提供的膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品說明書介紹,膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品使用初期，氧復(fù)合