MIDAC铅酸电池市场和使用情况:

铅酸电池在市场上占有很大的份额,尽管它们的能量密度比其他电池技术低,如镍酸电池、镍酸电池、锂离子电池和自由电池技术。它们的广泛使用可归因于若干优点,使其成为各种应用的首选选择:

1. 价格优势: 铅酸电池提供成本效益高的储能解决方案。它们的可负担性使它们在市场上具有高度的竞争力,特别是在成本是一个重要考虑因素的应用中。

2. 业绩优势: 铅酸电池在某些领域表现出色,例如大电流放电性能。这一特性对于需要大功率输出的应用程序至关重要。

3. 无记忆效应: 铅酸电池不会受到记忆效应的影响,这种现象会随着时间的推移而减少其他类型电池的容量,重复部分放电。

4. 高能力选择: 铅酸电池可以大容量制造,使其适合于需要大量能量储存的应用,如潜艇电池。

市场洞察力和使用统计:

1. 1998: 1998年,全球化学发电量达到2.64亿个单元,主要电池捐款92亿美元,次级电池(可充电)捐款172亿美元。铅酸电池占二次电池销售的很大一部分,价值124亿美元。

2. Battery Council International (BCI) Survey (2000): 根据BCI公司的一项调查,2000年铅酸电池的年工业增长率为8%,全球销售总额为11亿美元。

3. Growth Expectations (2004): 据预测,铅酸电池的销售将继续以每年7%的速度增长,到2004年,全球销售额将达到15亿美元。

尽管最初存在挑战和疑问,特别是在泄漏、容量损失和电池寿命等问题上,VRLA电池(阀门调节铅酸)在设计技术上取得了重大进展。因此,VRLA电池在铅酸电池的各种应用领域获得了支配地位。这种优势在不间断电源领域尤为明显。

VRLA电池的定义和基本特性

阀控铅酸蓄电池(VRLA电池)是一种铅酸蓄电池,其特点是密封、不维护设计。它不需要在其使用寿命期间添加酸或水。以下是VRLA电池的基本特性:

1. 密封结构: VRLA电池采用密封设计制造,这意味着它们没有加水或酸的盖或开口。这种密封结构可以防止电解质的脱出,从而无需定期维修。

2. 免维护: VRLA电池的主要特点之一是其无维护操作。与传统的水淹铅酸电池不同的是,VRLA电池是密封的,在这方面不需要任何维护。

3. 无酸泄漏: VRLA电池设计为防漏。它们不释放酸或电解质,使它们处理起来更安全,适合于各种用途,包括室内和封闭空间。

4. 单向排气阀: VRLA电池配有单向排气阀,通常被称为安全阀。这种阀门是为了释放电池运行过程中产生的多余气体而设计的.当内部气体压力达到预定水平时,阀门会自动打开以释放气体。一旦压力降低,阀门就关闭以防止空气进入电池.

5. 气体重组: VRLA电池的设计是为了重新组合充电过程中产生的气体。这意味着,当由于充电过多或其他因素,像氢和氧这样的气体在电池内产生时,它们结合起来形成水蒸气,水蒸气随后被保留在电池内,而不是释放到环境中。

6. 低自我释放: VRLA电池的自放电率通常低于其他类型的电池。这一特点使他们能够长时间地保持收费,而不会造成严重的容量损失。

7. 各种用途: VRLA电池可在广泛的行业和应用中找到应用,包括不间断电源、电信、应急照明、安全系统、可再生能源储存、电动移动等。

VRLA电池是无维护,密封铅酸电池与单向排气阀释放多余的气体和防止泄漏的酸或电解质。它们的设计特点使它们适合于各种应用,在这些应用中,安全性、可靠性和低维护是重要的考虑因素。

VRLA分类和先进技术研究

VRLA电池主要有两种类型:AGM和凝胶。AGM电池使用玻璃垫吸收和保持电解质,而凝胶电池使用凝胶状电解质。AGM电池可垂直或水平安装,凝胶电池通常是垂直安装。AGM电池是多用途和常用的,而凝胶电池是选择用于需要抗振动和深循环能力的应用。VRLA电池的尺寸从10年设计寿命的大型电池到1-3年设计寿命的小型电池不等。

先进技术

吸附玻璃垫技术采用超细玻璃羊毛分离器,孔隙率超过93%,可吸收和保持足够的电解质,不允许电解质在电池内流动。该分离器设计保持10%的孔隙作为氧通道,以促进氧循环。氧气在正电极上生成,然后在负电极上反应完成循环: 2 O → 1/2O 2 转H 2 实现密封效果。

农机电池以其优点著称,包括:

1. 在25℃时延长储存期的缓慢自释放率(2.0%)。

2. 有效收费。

3. 低电阻(典型的0.2-0.9mb),用于高电流放电。

4. 高气体组合效率(98%),防止薄雾形成.

5. 初始周期容量较高,超过第三周期定级容量的100%。

6. 低温环境下良好的放电性能。

这些优势导致AGMVRLA电池技术在国内外市场的迅速发展和广泛应用。

凝胶技术

凝胶技术,类似AGM(吸收玻璃垫),依赖氧循环的密封机制。然而,在凝胶电池中,来自正阴极的氧气不会通过分离器到达负电极孔隙。相反,它是通过胶体的裂纹来实现的。这些裂纹作为胶体内氧气重组的通道。最初,凝胶电池在胶体中的裂纹可能较少,导致氧气重组效率降低,并有可能导致阀门更频繁地打开,导致更多的雾沉淀。然而,随着时间的推移,裂纹的数量增加,改善了氧的重组效率。

凝胶电池的主要制造商包括:松嫩施因公司(德国)、格罗普顿帕金森公司(美国)和菲亚姆公司(意大利)。

凝胶电解质的制备可采用三种方法:"中和法"、"硅索尔法"和"二氧化硅法"。"其中,"硅索尔法"在许多国家被广泛使用,为凝胶电解质提供了更好的稳定性。

凝胶技术的优点:

1. 凝胶电池采用丰富的液体设计,使其能够深度回收和更好地抵抗电解质干燥。

2. 由于使用胶体,凝胶电池显示出最小的电解质分层。

3. 在较高的环境温度下,凝胶电池的寿命比AGM电池长。

然而,凝胶技术有一些缺点:
(a)在最初使用期间,氧气重组效率低,导致更多的雾气排放。
凝胶电池对过度充电更敏感,如果电池倾斜或躺下,内部凝胶可能会流出。
凝胶电池不适合快速充电和高速放电,特别是在低温下。
凝胶技术不适合薄板设计。

总体而言,AGM电池在气体重组方面比凝胶电池更有效。凝胶电池的耗水量也高于AGM电池。

近年来,铅酸电池国际会议越来越重视凝胶技术。然而,关于AGM和凝胶技术应用的优缺点的意见各不相同。有些人认为AGM技术适合于电动车、牵引式电池等动力型电池,因为它们具有高电流放电性能。另一方面,凝胶技术被认为更适合备用电池和UPS电池。AGM和凝胶技术的选择取决于具体的应用要求。

VRLA电池技术的先进研究

VRLA电池技术的先进研究表明,在提高特定能量和深度循环寿命方面取得了重大进展。这些创新涉及优化活性材料利用和探索新的电池结构以减少重量和提高电池性能。

1. 连铸辊板格栅结构(共辊板):

• 东宾州和沃茨开发。

• 解决了电池运行过程中的网格扩展和延伸问题。

• 在铸造过程中,共辊板采用Pb-CA合金格栅和连续轧制,以提高屈服强度(YS),降低极限抗拉强度(Uts)。这将最大限度地减少电池使用期间的网格扩展和延伸。

1. 片状电极:

• 片状格栅正极提供更均匀的电荷和放电性能比传统铸造或格栅网。

• 具有较高表面积的片状网格比普通网格的腐蚀速率降低,腐蚀电流密度降低。这项技术被应用于像东宾夕法尼亚州的阿拉巴马这样的项目中。

1. 轧辊电极(薄金属膜----TMF技术):

• 美国发明的像纸张一样薄的电极。更大胆。

• 阻隔电极具有较高的比功率和优良的可充电性能。

• 网格厚度仅为0.05-0.08mm,与活性材料层的厚度相似。

• 挡板电极非常适合于高放电率的应用,并已被用于电动工具,汽车起动电池和混合电动汽车。

1. 平面管电极:

• 尤萨通过阿拉巴马州项目制定。

• 网格是通过铸造或挤压生产的,采用Pb-CA-锌合金。

• 该结构降低了正负电极之间的电阻,提高了活性材料的利用率和电荷释放性能。

1. 地平线电池:

• D.B.制定爱达荷大学的爱德华在电动汽车和电动汽车应用。

• 利用双极耳板水平放置和多孔AGM分离器。

• 带有玻璃珠添加剂的正电极。

• 地平线电池提供高比功率和高能量密度,使其适合于范围更广、性能更高速的电动汽车。

铅布电池:

• 这些电池是由美国的电源公司开发的,使用的玻璃纤维丝被挤出,并含有pb-sn。

• 铅布取代了传统的格栅,有助于降低内阻。

• 铅布电池具有高功率、快速充电能力和降低重量的特点。

1. 密封双极铅酸电池:

• Sbla电池采用双极板结构,双面板用玻璃羊毛隔开。

• 双极设计降低了内部阻力,并提供了诸如高比能、长的深循环寿命和简单的结构。

• 这些电池适用于需要高压输出的应用.

螺旋管圆柱形电极电池:

• 由美国介绍。作为轨道选择电池。

• 特点螺旋线圈形状电极,面积大。

• 机械地将活性物质挤出到薄板中。

• 利用连续制造技术实现高压缩比,减小电极厚度.

• 提供更高的能量密度和延长的循环寿命,使其适合花园汽车启动墨盒。

这些先进的研究工作旨在提高VRLA电池技术,使其更高效、更持久,并适合广泛的应用,从电动车到备用电力系统。

VRLA基本细胞结构:

阀控铅酸电池的基本结构由几个关键部件组成,包括:

1. 正电极(阴极): 正电极通常由二氧化铅(pbo2)制成,在放电过程中起电化学反应的作用。充电时会释放氧气。

2. 负电极(阳极): 负电极通常由海绵铅(铅)制成,在放电过程中与正电极发生反应。它在充电时吸收氧气。

3. 电解质: VRLA电池使用凝胶或吸收玻璃垫(AGM)电解质,这是一种硫酸溶液吸收在海绵状物质(AGM)或凝胶物质。该设计消除了电池内液体电解质的自由流动。

4. 分离器: 分离器是一种多孔材料,可以分离正极和负极,防止短路,同时允许离子在电化学反应过程中通过。AGM电池使用AGM分离器,而凝胶电池使用胶体电解质,依靠凝胶中的裂纹进行氧气重组。

5. 电池箱: 该电池盒通常由耐久塑料或其他非导电材料制成。它包含内部组件,防止外部污染。

6. LIDE: 电池盖密封盒,确保电池保持密封,防止气体或电解质泄漏。

7. 安全阀: VRLA电池配有安全阀,通常称为单向排气阀或安全安全阀。当内部气体压力超过某一阈值时,该阀门就会打开,使多余的气体得以泄漏,并防止过压。

8. 终端: 终端是金属连接器,为电池充电和放电提供电气连接。它们通常位于电池顶部。

9. 连接杆: 连接杆是连接端子和内部电极的金属导体.

10. 杆: 极是从电池内部电极延伸到终端的金属棒或柱,为电流提供路径。

VRLA示意图

VRLA工作原理

VRLA(阀门调节铅酸)电池的工作原理是基于充电和放电过程中发生的化学反应。这些反应涉及在充电期间将电能转换为化学能和在放电期间的反向过程。VRLA电池中发生的主要化学反应如下:

正电极(阴极):

1. 充电期间:

• 在正电极上的硫酸铅(pbso4)与水(h水)反应生成二氧化铅(pbo2)、硫酸(h2SO4),并释放两个质子(h+)和两个电子(2e-)。这种反应表现为:在正电极上:

• 同时,释放出来的一些质子和电子与水结合形成氧气和附加质子。

负电极(阳极):

1. 充电期间:

• 在负电极上,硫酸铅(pbso4)与质子(h+)和电子(2e)反应生成铅(b)和硫酸(h2SO4)。

• 同时,质子和电子结合形成了氢气(H2)。

这些化学反应发生在充电过程中,将电池内储存的电能转化为化学能。

在放电过程中,发生反向反应,将储存的化学能转换为电能。电子通过一个外部电路从负电极流向正电极,产生电流。

VRLA电池的主要优点之一是它们能够将正极产生的氧气与负极产生的氢重新组合,防止这些气体从电池中外流。这种内部重组过程有助于保持密封设计的完整性,并防止需要加水或酸的电池,使VRLA电池维护免费。

氧循环原理

VRLA(阀门调节铅酸电池)的氧循环原理在维护其密封和无维护设计方面发挥了关键作用,同时防止了水的流失和使用过程中对酸或加水的需求。这一原理是通过在负电极上设计过多的活性材料和使用电池内的特定材料和结构实现的。

下面是氧循环原理的一个分解:

1. 后期充电和制氧: 在充电或过度充电的后期阶段,氧作为电池内发生的化学反应的副产物在正电极(阴极)上产生。

2. 氧迁移到负电极: 在VRLA电池中,正极产生的氧气必须迁移到负极,以促进复杂的化学反应。氧的迁移通过两种主要机制发生:

• 电解质中的溶解: 一些氧气溶解在电解质中,使其通过液相扩散到达负电极的表面。

• 蒸气扩散: 氧气也以蒸汽的形式通过电池内的开口通道或间隙到达负电极表面。这种蒸汽扩散比液相扩散更有效,对氧循环有显著的促进作用。

1. 负电极的双重作用: 负电极在这个过程中起着双重作用:

• 与氧反应: 负电极的海绵状铅与进入氧反应,导致铅氧化成氧化铅。

• 减少硫酸铅: 同时,负电极上的硫酸铅接收来自外部电路的电子,允许还原反应将硫酸铅转化为海绵状的铅。

1. 氧气重组的效率:

• 农机电池: 阿格姆电池具有高效的氧气重组工艺,在低液体状态下的重组效率高达99%。

• 凝胶电池: 与AGM电池相比,凝胶电池的氧重组效率相对较低,通常在干燥状态下从70%到90%不等。

• 蓄电池: 传统的水淹电池不会产生有效的氧重组反应,导致几乎零密封反应效率。

VRLA电池,特别是AGM电池的有效氧循环,使氧气与电池内的其他元素重新组合,防止水的流失,并确保电池保持密封和无维护。该设计特性使VRLA电池适合于广泛的应用,在水维护不可行。

VRLA守则和标准:

固定型VRLA(阀门调节铅酸)电池遵守各种国家和国际标准和条例,以确保其安全性、性能和质量。对VRLA电池的制造商和用户来说,遵守这些标准至关重要。以下是固定型VRLA电池应遵守的一些关键标准:

• BS6290-1987: 英国标准BC6290-1987为固定铅酸电池制定了标准,并规定了阀门调节标准。它规定了此类电池的要求和测试程序,包括VRLA类型。

• JISC8707-1992: 这是日本阴极吸收密封固定铅酸电池的工业标准。它概述了用于固定应用的VRLA电池的要求和标准。

• IEC 60896-21: 国际电工委员会标准60896-21,题为"固定铅酸电池(VRLA)",为VRLA电池提供了国际准则。它是一个涵盖VRLA电池设计、性能和测试各个方面的综合标准。遵守信息、教育和宣传标准确保VRLA电池符合国际质量和安全标准。

VRLA电池寿命因数: