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胶体阀控蓄电池的特性和使用维护双登集团吴德元内容简介胶体蓄电池简介.2V胶体蓄电池结构及特性.12V胶体蓄电池结构特性.胶体阀控电池的失效模式和使用维护.一、胶体阀控蓄电池简介当代在工业电池领域广泛使用的两种阀控铅酸电池。一种阀控电池技术称为AGM，在这种电池内，电解液不是通过胶体化，而是将电解液通过吸附到玻璃纤维毡隔膜内实现固化。另一种是采用胶体电解液技术，电解液是以胶状形式存在正，负极板和隔板之间。同时，正负极板材料活性物质及产品结构上有很多变化，具有AGM电池无法取代的优点。阀控密封胶体蓄电池与普通铅酸蓄电池的区别－负极材料具有较高析氢电位,一般负板栅中无锑，通常采用含钙的铅合金。－正负间存在透气通道,实现氧的再化合。－单向排气阀取代排气阀。—电池中电解液为胶状形式。胶体阀控蓄电池的特点具有较长的浮充或循环使用寿命具有较大热容,高温循环使用有较高的可靠性有很高的充电效率[在同条件下比AGM电池提高25-30%]在欠充电状态循环时,能保持很长的寿命深放电循环时,有较好的再充电恢复能力优秀的小电流放电能力和恒功率放电平稳可靠有良好的大电流冲击放电能力固体的电解质无泄露，更环保GFMJ系列胶体蓄电池在充放电过程中产生如下反应：Pb﹢PbO2﹢2H2SO42PbSO4﹢2H2O电池在充电后期或过充电情况下，正极析出氧气，负极析出氢气。负板栅采用了高纯度的铅钙合金板栅，提高了负极析氢过电位，抑制了氢气的析出。电池采用了独特的胶体电解质技术，电池内的硅凝胶为三维多孔结构，经时效后存在许多细小裂缝（气体通道），在充电期间正极析出的氧气通过这些裂缝到达负极，与负极板上的海绵状铅发生反应复合成水又重新回到系统中，几乎没有水的损失。胶体阀控蓄电池充放电工作原理充电放电胶体阀控蓄电池内氧的循环方式第一步：充电后期或过充电情况下，水在正极分解，并析出氧气：H2O→2H＋＋1/2O2＋2e－第二步：正极析出的氧气通过胶体的缝隙扩散到负极，并同负极的海绵状铅及硫酸发生反应，重新化和回到系统中：O2﹢2H2SO4﹢2Pb=2PbSO4﹢2H2O第三步：负极生成的硫酸铅在电池充电过程中生成铅和硫酸，参加充电反应：PbSO4＋2H＋＋2e－→Pb﹢H2SO4双登胶体阀控蓄电池的种类和执行标准蓄电池种类名称蓄电池的规格执行标准2V胶体阀控备用电源从200Ah—3000Ah共17个规格产品按德国工业标准DIN40742标准设计；产品性能满足DIN43539／T5标准。同时满足IEC60896-21和22标准及国内各行业标准要求。12V胶体阀控备用电源从50Ah—200Ah共8个规格.(符合美国80Ah,90Ah2个规格)狭长110Ah—200Ah,共3个规格.还有12V管式100Ah规格(共12个)产品按德国工业标准DIN43534标准设计；产品性能满足DIN43539-T5；同时满足IEC60896-21和22标准及国内各行业标准要求。二、2V固定型胶体阀控蓄电池双登牌2V阀控密封胶体蓄电池㈠2V胶体蓄电池主要部件结构特点①正极板2V胶体电池正极板管式结构；骨架材料选用铅锡多元合金；生产工艺采用高压压铸成型，耐腐寿命＞20年。管式正极板正极板构成管式正极板生产制造过程图片骨架压铸切断骨架自动套管插入挤膏正极板骨架结构形式19根芯条的骨架②负极板结构形式和特点▲采用偏中极耳和竖筋条放射状设计▲材料选用铅钙锡多元合金,析氢电位较高负板栅负极板③隔板：采用欧洲AMER-SIL公司的胶体电池专用微孔PVC-SiO2隔板，其隔板孔率大，电阻低。进口阿莫-西尔公司PVC-SiO2隔板其它主要部件和原材料④安全阀采用德国技术帽式阀开闭阀压力恒定可性高。⑤电池槽、盖为ABS材料。帽式安全阀⑥胶体电解质：特殊的制作工艺和配方，主要原料为进口高纯度气相二氧化硅（SiO2）。胶体电解质使用的材料（SiO2）。配制成待灌入电池内的胶液胶体电解质的特性电池注入胶液后，电池内的胶液逐渐凝胶，胶液的体系结构形成以大量的SiO2质点做骨架的三维多孔网状结构。它由液相和固相组成。液相，它存在于极板活性物质和隔板孔内；固相，它存在于极板之间和极板与隔板的孔隙。这种结构不稳定而发生的骨架收缩，使凝胶容易出现不规则的裂缝，电池中及电池之间氧传输的所需的气体通道结构不均一，使各单体电池和电池内不同点氧的扩散速度存在差异。使用初期胶体电池的气体再化合效率较低仅在50-80%范围，电池在均充和浮充使用中出现水的损耗，直接影响胶体电池中正，负极板电极电位。在浮充运行中电池组之间各个电池内胶体电解质出现裂缝的先后和通道结构的大小，使电池之间出现浮充压差的不均一，出现裂缝晚或通道结构小的电池浮充电压偏高，电池排气量多。随着胶体电池投入使用时间的逐步延伸，（3-6月）胶体电池内的胶体电解质随着少量水分的消耗，使电解质内的体系逐步发生变化，骨架的体系发生收缩，胶液逐渐产生大量的裂纹，（横向和纵向）也称为“时效”。电解质经过时效后，很多裂纹穿插于正、负极板之间，提供了氧气自正极达到负极的气体通道，这种通道的逐步形成使离子扩散的速度加大，同时阻力也逐渐减小，此时，电池的内阻降低。电池的气体再化合效率逐步上升，达到95%以上。胶体电解液经时效后（氧的循环体系形成）胶体电池随着使用时间电解液龟裂变化图电池使用180天后电池使用60天后电池刚投入使用初期胶体电池的时效和气体反应效率㈠2V固定型胶体电池结构剖图㈡.2V胶体电池与2VAGM电池的主要区别胶体电池AGM电池电解液量的设计D＝1.24g／cm3,富液量，电解液不分层，PVC－SiO2隔板D＝1.30～1.32g／cm3,贫液量，使用中电液有分层(立式摆放明显)。玻毡隔膜正极板管式，压铸成型，骨架结晶致密，有较高高的耐腐性。平板式。重力浇铸成型。耐热失控非紧装配，槽中空间较大，热容大，散热性好，无热失控。必须紧装配，槽内热容小，易发生热失控。浮充电浮充电压Vf＝2.23V，浮充电流小，在0.08～0.28mA／Ah.浮充电压Vf＝2.25～2.27V，浮充电流在在0.2～0.7mA／Ah.气体反应效率需经时效胶体电液中形成氧穿透裂隙后开始，初期效率较低氧的穿透是直接通过隔膜中的自由孔，开始时效率较高。充电接受能力深放电恢复能力，以0.55C10A放电，以2.3V恒压限流1.0I10A充9h容量＞95%，充10h＞100%用同容量电池做平行试验表明，充电达13h后C10容量＞95%。胶体电池AGM电池电池组电压一致性开路电压＜20mv.浮充时电池间压差不大于50mv.电池使用前期浮充压差不大于50mv.后期电池间压差波动。预期寿命浮充运行大于15年（20℃）循环寿命60%深度放电＞1500次，80%深度放电＞800次，浮充运行寿命6～8年。㈢.2V胶体电池不同放电率放电曲线㈣.2V胶体电池与2VAGM电池浮充状态下失水对比(胶体500Ah和AGM500Ah在常温下以2.23V和2.25V浮充60周累计失水量.胶体电池60克,AGM电池126克)㈤.2V胶体电池浮充寿命和循环寿命2V系列胶体电池用于浮充的寿命大于15年和良好的循环寿命是基于下述理由:－管式极板结构,总厚度是9.6mm;－高压压铸成型的正骨架及管式正极板，活性物质包容管内;－足够的酸量和较少的失水.均充状态两种电池的循环能力的比较AGM2V500Ah胶体2V500Ah循环次数电池组放电时间与首次容量比（%）循环次数电池组放电时间与首次容量比（%）1510152025303411:2011:3611:3010:5910:259:519:199:02100102.35101.4796.9191.9186.9182.2179.711102030405010015020025034710:5710:089:519:479:489:409:339:259:038:378:0710092.5489.9589.3589.5088.2887.185.983.578.774.1试验方法(中国移动循环)1、10小时率至终压10.80V/组;2、恒压2.35V/只，限流2I10充电16h;3、当10小时率容量低于首次容量的80%时试验结束。从社会效益上看:电池剩余容量达82%时胶体电池200次，AGM电池为30次。胶体电池是AGM电池的7倍以上。按浮充使用年限，胶体电池为AGM电池2～2.5倍。按2倍计算：50万组／全国都选用AGM电池／6年＝8.33万组／年，以500Ah为例（30kg)，年需更换电池总重为：8.33万组×24只×30kg＝5.9万吨，(每年的更换费用也是一笔不小的支出)处理5.9万吨电池耗电：100KWh／T×59000＝5900000KWh处理5.9万吨电池耗煤；130kg／T×59000＝7670T胶体电池／12年＝4.17万组／年，以500Ah为例（40kg)4.17万组×24只×40kg＝4万吨处理4万吨电池耗电：100KWh／T×40000＝4000000KWh处理4万吨电池耗煤；130kg／T×40000＝5200T使用胶体电池全国可节省旧电池处理耗电1900000KWh，耗煤2470T。同时冶炼过程排放铅尘、铅蒸气及二氧化硫污染物等相应减少。AGM和GEL电池组过充电循环对比曲线80.0085.0090.0095.00100.00105.0014710131619222528313437404346495255586164677073循环次数放电时间hGFMJ-500循环放电数据GFM-500循环放电数据2V胶体电池与2VAGM电池在相同条件下充电效率对比2V胶体、AGM中国移动均充时间与电流曲线0102030405060708090100均充时间充电电流（A）GFMJ-500GFM-500GFMJ-50010010010010010040.414.87.682.351.991.441.21.091.050.990.720.55GFM-500100.100.100.100.76.943.625.815.79.596.114.223.232.622.232.021.821.73012345678910111213141516根据中国移动均充循环方法进行的GFMJ-500和GFM-500电池充电接受能力对比，电池过程放电10小时30分。GFMJ-500在充电10小时时电流为2.88mA/Ah,已经充足电；GFM-500在充电10小时时电流为8.4mA/Ah。两种电池在不同限流值时恒压充电试验(试验方法;先以0.1C10放电到1.80V/单体.然后,分别以限流0.1C10、0.15C10，恒压2.35V/单体充电。当充电到设定的恒压值2.35V/单体时,再继续充电10h结束)充电电流（A）0.10C100.15C10电池类别胶体500AGM500胶体500AGM500首次放出容量Ca（Ah）500.9578.3496.4581.6达到设定的恒压值时的充电时间9h04min8h56min5h44min5h52min充入的电量Cb（Ah）453.4447.2430.9441.1Cb／Ca（%）90.5277.3386.8175.84到恒压值后再充10h充入的电量（Ah）76.90141.795.40160.0充入的总电量（Ah）530.3588.9526.3601.1总入／总出（%）105.87101.83106.02103.35两种蓄电池节能减排分析项目AGM500电池组均充后期项目AGM电池组浮充初期(第一年)胶体电池组浮充初期(第一年)多充时间6h均浮充电流5.25mA/Ah2.1mA/Ah6h内平均均充电流2.275A浮充天数350天/年350天/年一年均充以10次计电池组天耗电5.25*500*48*24=3KWh2.1*500*48*24=1.21KWh耗电量2.275*48*6*10=6.552KWh年耗电3*350=1050KWh1.21*350=423.5KWh全国组数以500000组计全国组数以500000