木素對鉛蓄電池性能的影響

1、木素對鉛蓄電池性能的影響作者：趙禹唐王希業(yè)加入時間：2004-12-30 10:16:52早在20世紀60年代初期，國內(nèi)某些廠就開始用腐植酸作為負極板的添加劑，而于此同時 淄博廠則著手試用木素解決起動用蓄電池一18C低溫放電問題，發(fā)現(xiàn)其各項性能均略優(yōu)于腐植酸 的配方，而價格卻比腐植酸低得多。1木素簡介堿木素是由造紙廠廢黑液提制和再加工處理而得；酸木素是原北京光華木材廠水解廢渣 經(jīng)再加工提制而得。外觀均為土褐色與棕褐色粉末物，粒徑為15 m，表觀密度為0.40.5 g / cm3，密度為1.31.5g / cm3，比表面為180m2 / g的呈負電性的膠體粒子。碳含量為60 % 64 %，氧為3

2、1 %34 %，氫為5 %6 %。堿木素在空氣中軟化點為120C，熔點為140 150C的可熔高分子同系物的混合物，能吸附大量氣體和酸堿鹽物質(zhì)，故曾做礦用浮選劑、土壤 改良劑、氣體吸附劑、建筑材料與動物飼料的添加劑（3 %5 %），又可做工業(yè)用碳的原材料。 2負板添加劑的研究和應(yīng)用結(jié)果淄博蓄電池廠于19631976年曾將木素用于固定型、牽引用及汽車用電池中，均取得 了良好的生產(chǎn)和使用效果，后因料源枯竭而被迫改用腐植酸。堿木素和酸木素在Q型電池上的試驗結(jié)果曾發(fā)表于“電源技術(shù)” 1991年3期。結(jié)合當年的生產(chǎn)和用戶反映及性能檢測，木素的性能可總結(jié)如下。（1）低溫性能以前規(guī)定Q型汽車蓄電池以一18C

3、，3C10電流起動放電終止電壓1.0V時，2.5 min可列 為優(yōu)等品，而用木素的電池可達66.8min；用做3QG105放電，在同樣條件下可達8.3min， 正常生產(chǎn)的10年多在Q型70182Ah的抽樣檢查中測得的性能（低溫）是4（6-Q-182）6.8min， 這涉及電液問題，當時灌酸密度為1.26g /cm3，而182Ah組裝較緊，酸量不足。用3Q-105電池在一50C下檢測可放電1.9rmin，而且保證硬橡膠槽與蓋聯(lián)接的封口劑 不許開裂，在當時均曾達標。裝車使用試驗，曾在內(nèi)蒙古加格達奇地區(qū)進行，當大氣溫度一44C，而池溫一42C時未 起動打火（當時由于人為原因：灌酸和充電均出現(xiàn)失誤），

4、當大氣溫度一42C而池溫為40C時起動 順利。當然在那樣超低溫下要求汽車、坦克、裝甲車、拖拉機均是嚴格的，例如水一50C不許結(jié) 冰（加乙二醇），汽油一50C的燃點閃點均要正常（加乙醚），機油一50C仍要保持正常潤滑，而對 蓄電池只要求一40C；能打火起動就行。當時交通部科學研究院，有關(guān)軍事部門、蓄電池生產(chǎn)廠 家及相關(guān)用戶單位在塔河、漠河等地嚴冬車試，能打起火的車僅此木素配方是成功的。當時還有 西寧一一拉薩和新疆布爾津的車試也取得了成功。按現(xiàn)行標準GB 50080.1-91規(guī)定的一18C，Is放電達1min時其電壓達1.621.70V，超 過標準規(guī)定的1.40 V和某些先進水平的1.581.62

5、 V。此處Is系指3C20值，當然4C20、5C20、 9C20則另有要求和結(jié)果。（2）自放電性能有3只3Q105電池在試驗室做完容量和初期各種試驗（達20全充放周期），然后充好 電調(diào)到電液密度為1.2kg / cm3，放置半年后再測電液密度則為1.26 g / cm3，進行容量放電仍達 102 %104 % （放置前容量為120 %左右），所以，自放電性能是良好的，因為放置半年多仍 可使用這種擱置3個月或6個月后不用充電仍可使用的電池在軍事用途上具有重大的意義。（3）析氣性能鉛蓄電池容量性能好則析氣量低，一般規(guī)定接近壽命終止的電池其析氣量是初期容量的 37倍以上，實際測定也是這樣，Pb-Sb

6、合金板柵的QT10500Ah電池就是個顯著的例子。顯 然，改善板柵合金成份是能改善析氣性能的，但負板添加劑不同和用量不同則對析氣性能有相差 13倍以上的結(jié)果，這對免維護電池，尤其是對VRLA貧液電池的失水和熱失控是有致命影響的， 木素在這方面的析氣量是很低的，當然這是指經(jīng)過再加工的鉛蓄電池專用木素，不經(jīng)過專門加工 的木素是不能用的，不但容量不達標，而析氣量要高出已加工木素的713倍。腐植酸也高出木 素的15倍，當然這與配方量有很大的關(guān)系。以上是我們做了共42只3-Q-95電池試驗收氣 而得的結(jié)果。我們收氣的方法是停止充電后連續(xù)收氣6h，再換算到mL/ min而進行對比的。我 們還試過某些產(chǎn)地的

7、腐植酸經(jīng)過再加工處理后，配方量達1.5時的析氣也接近于木素。所以，對VRLA蓄電池和其他富液式免維護蓄電池負板采用木素是有利于免維護性能 的，甚至是必需的。VRLA貧液式鉛蓄電池失水減少則有利于延長使用壽命，因此 VRLA蓄電 池負極配方添加木素是解決其壽命短的措施之一。壽命性能就Q型電池而言，負板配方中添加木素，負極板的壽命相當于正板的35倍以上。Q 型電池壽終解剖時發(fā)現(xiàn)，其正板柵爛斷而負板雖然膨脹得很厲害，但用手指甲劃痕時金屬光澤很 亮，當再配上新的正板繼續(xù)充放進行壽命試驗時，發(fā)現(xiàn)在此過程中低溫起動、常溫起動和容量則 更好；如此充放更換正板3次，負板性能仍然同前，雖然膨脹，但不脫粉，可以繼

8、續(xù)試下去。同 樣，腐植酸配方的負板當電池壽終、正板柵腐斷爛掉時，而負板壽命也終止了，其金屬光澤較差 或無光澤，并呈砂粒狀的硬化，不能再用。工藝性能木素在合膏均勻、涂板滑膩柔和、與板柵結(jié)合牢固及化成除水后干燥不易氧化等方面是 優(yōu)于腐植酸的，在這方面和木素磺酸鹽及改性木素磺酸鹽相似。顯然在貯存時也不易氧化。由于 上述工藝性能，所以對極板和蓄電池的壽命性能是有利的，當然也有利于操作，尤其是手工操作 更為有利。其他性能其他如c20、cr,n。和充電接受能力等方面與優(yōu)質(zhì)酸腐植酸相似或略有提高，但不明顯。3分析討論f，n(1)木素的原料是造紙廠廢黑液提制的粗木素粘稠物或水解廠的廢渣，收取這些廢物是不花 錢

9、的，因此其成本低于腐植酸，但有的木素粘稠物比較干潔(固體含量為2.5 %50 %)。近年 由于環(huán)保要求嚴格，有的中小型造紙廠根本不要錢，歡迎為其減少污染。這樣的原料經(jīng)過再加工 制成蓄電池專用木素則成本為7001500元/t，比腐植酸成本低。如果制成動物飼料添加劑(有 利動物加速成長和提高肉蛋質(zhì)量)，其成本大約是100200元/t，用做建筑材料、礦山浮選劑(用 量特大)其成本同動物飼料添加劑。但做氣體吸附劑成本大約是300400元/t；其銷售價均較 高。有人介紹從國外進口木素是312萬元/t，個別者有18萬元/t噸和2萬元/t，均高于現(xiàn) 用腐植酸和國內(nèi)木鈉、木鈣、木鎂等等。筆者認為從性能上和價格

10、上應(yīng)大力開發(fā)木素做鉛蓄電池負板添加劑。關(guān)于腐植酸制取腐植酸的原料是風化煤、泥煤、褐煤和草甸土的腐植質(zhì)，含量一般為20 %60 %， 同一原料因產(chǎn)地不同其腐植酸含量也不同，加入負板所呈現(xiàn)的性能也有區(qū)別，就像木素一樣，木 漿和草漿、麥漿、稻漿等提制的木素性能也略有差異。一般從湖泥中提取的腐植酸性能較差些。 這些高分子化合物的同系物混合物分子量為300400的稱黃腐植酸(溶于水)，而分子量為103 104稱棕腐植酸，分子量高達104106的為黑腐植酸，一般腐植酸含碳55 %65 %，氧25 % 35 %，氫5.5 %6.5 %，氮3 %4 %，還有少量磷硫金屬等。酸法提制的腐植酸的性能一般低于堿腐植

11、酸，如果工藝嚴格也可能優(yōu)于堿腐植酸，但多 數(shù)廠家掌握不好工藝，生產(chǎn)的酸腐植酸不及堿腐植酸。在沒有木素時可以用腐植酸代替一時是可 以的，因為它的性能優(yōu)于木素纖維素和纖維素等。木素磺酸鹽問題木素磺酸鹽也是由造紙廠廢液提取的，但是用亞硫酸鹽（鈉、鎂、鈣、銨等）制漿的 廢黑液，而木素是用火堿（NaOH、KOH等）制漿的廢黑液提取時，木素磺酸鹽含有12 % 15 %的硫，而木素不含有，但經(jīng)過再加工的木素中有7 %左右的硫酸殘留于內(nèi)，其硫含量為2 % 左右。木素磺酸鹽中木鈉有較好低溫性能，用量為鉛粉的0.3 %0.4 %，有的用0.2 %，超過 0.4 %膨脹特別嚴重，影響壽命，而合膏工藝不同于木素和腐殖酸。木鈉低溫性能低于木素，但 優(yōu)于腐植酸，而木鎂同腐植酸并用其低溫性能優(yōu)于木鈉；木鈣低溫性能低于木鈉和腐植酸，但其 大電流常溫放電優(yōu)于所有添加劑，所以，木鈣適于南方工作的蓄電池或潛艇蓄電池的負板做添加 劑。用木銨或木鈉制取木鎳、木鉆、木鋇等，也取得了較好的試驗結(jié)果，但因成本關(guān)系，難 以廣泛推廣應(yīng)用，但用于特殊用途的電池是可以考慮的。改性或再加工的木素磺酸物雖有較好技 術(shù)性能，但因成本較高，