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 GEL膠體(態)電池和AGM電池比較  

以下的文章來源網路,此篇文章能幫助大家瞭解GEL膠體(態)電池的源由,簡易的比較方式及運用和工作原理部份,相信可以讓大家稍微瞭解這兩種電池,此篇文章作者,目前也不可尋,在此感謝這位作者,發表此文章,可以讓更多人大致上瞭解這兩種電池的差異性。

 
當今閥控式密封鉛蓄電池有兩類,即分別採用玻璃纖維隔板和矽凝膠二種不同方式來「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,但給陽極解析出的氧到達陰極提供的通道是不同的,因而二種電池的性能各有千秋。
 
1、歷史的簡單回顧
鉛酸蓄電池從問世到如今,一直是軍用民用領域中使用最廣泛的化學電源。由於它使用硫酸電解液,運輸過程中會有酸液流出,充電時會有酸霧解析出來,對環境和設備造成損害,人們就試圖將電解液「固定」起來,將電池「密封」起來,於是使用膠體(態)電解液的鉛酸蓄電池應運而生。
初期的膠體(態)鉛蓄電池使用的膠體(態)電解液是由水玻璃製成的,然後直接加到固態鉛蓄電池中。這樣雖然達到了「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的電池容量要低20%左右,因而沒有被人們所接受。
我國在50年代也開展了初期膠體(態)電池的研製工作,到60年代末也就基本上停止了。然而70年代後期至80年代,國內又有一些非電池行業界的人利用媒體大肆鼓吹自己發明了固體電解質的鉛蓄電池,宣稱使電池容量和壽命提高1倍。這種經不起事實檢驗的肥皂泡式的「發明創造」,不僅未能使鉛蓄電池性能有所提高,而且還敗壞了膠體(態)電池的名聲。
幾乎在研製膠體(態)電池的同時,採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,而且還表現出內阻小、大電流放電特性好的優點。因而在國民經濟中,尤其是原來使用固定型鉛蓄電池的場合,得到了迅速的推廣和應用,於是人們就把膠體(態)鉛蓄電池拋在腦後了。
80年代,德國陽光公司的膠體(態)密封鉛蓄電池產品進入中國市場,多年來使用效果表明它的性能確實不同於以前的膠體(態)鉛蓄電池。這就迫使人們要重新認識膠體(態)鉛蓄電池。
本文將根據近年來的兩種閥控式密封鉛蓄電池的研製、生產和使用效果對它們進行比較,供選用電池的同事們作參考。
 
2、電池的工作原理
不論是採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)還是採用膠體(態)電解液的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱膠體(態)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,正極會解析出氧氣,負極會解析出氫氣。正極解析氧是在正極充電量達到70%時就開始了。
解析出的氧到達負極,跟負極起下述反應,達到陰極吸收的目的。
2Pb十O2=2PbO
2PbO十2H2SO4:2PbS04+2H20
負極解析氫則要在充電到90%時開始,再加上氧在負極上的還原作用及負極本身氫過電位的提高,從而避免了大量解析氫反應。
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%的隔膜孔隙中不進入電解液。正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達負極而被負極吸收的。
對膠體密封鉛蓄電池而言,電池內的矽凝膠是以SiQ質點作為骨架構成的三維多孔網狀結構,它將電解液包藏在裡邊。電池灌注的矽溶膠變成凝膠後,骨架要進一步收縮,使凝膠出現裂縫貫穿於正負極板之間,給正極析出的氧提供了到達負極的通道。
由此看出,兩種電池的密封工作原理是相同的,其區別就在於電解液的「固定」方式和提供氧氣到達負極通道的方式有所不同。
 
3、電池結構和工藝上的主要差異
AGM密封鉛蓄電池使用純的硫酸水溶液作電解液,其密度為1.29— 1.3l g/cm3。除了極板內部吸有一部分電解液外,其大部分存在於玻璃纖維膜之中。為了給正極析出的氧提供向負極的通道,必須使隔膜保持有10%的孔隙不被電解液佔有,即貧液式設計。為了使極板充分接觸電解液,極群採用緊裝配的方式。
另外,為了保證電池有足夠的壽命,極板應設計得較厚,正板柵合金採用Pb'-q2w-Srr--A1四元合金。
膠體(態)密封鉛蓄電池的電解液是由矽溶膠和硫酸配成的,硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低,通常為1.26~1.28g/cm3。電解液的量比AGM式電池要多20%,跟富液式電池相當。這種電解質以膠體(態)狀態存在,充滿在隔膜中及正負極之間,硫酸電解液由凝膠包圍著,不會流出電池。
由於這種電池採用的是富液式非緊裝配結構,正極板柵材料可以採用低銻合金,也可以採用管狀電池正極板。同時,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。電池槽內部空間也可以擴大一些。
 
4、電池放電容量
初期的膠體(態)蓄電池的放電容量只有富液式電池的80%左右,這是由於使用性能較差的膠體(態)電解液直接灌人未加改動的富液式電池之中,電池的內阻較大,電解質中離子遷移困難引起的。
近來的研究工作表明,改進膠體(態)電解液配方,控制膠粒大小,摻人親水性高分子添加劑,降低膠液濃度提高滲透性和對極板的親合力,採用真空灌裝工藝,用複合隔板或AGM隔板取代橡膠隔板,提高電池吸液性;取消電池的沉澱槽,適度增大極板面積活性物質的含量,結果可使膠體密封電池的放電容量達到或接近開口式鉛蓄電池的水準。
AGM式密封鉛蓄電池電解液量少,極板的厚度較厚,活性物質利用率低於開口式電池,因而電池的放電容量比開口式電池要低10%左右。與當今的膠體密封電池相比,其放電容量要小一些。
 
5、電池內阻及大電流放電能力
鉛蓄電池的內阻是由歐姆內阻、濃差極化內阻、電化學極化內阻組成的。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維隔板具有90%的孔率,硫酸吸附其內,且電池採用緊裝配形式,離子在隔板內擴散和電遷移受到的阻礙很小,所以AGM密封鉛蓄電池具有低內阻特性,大電流快速放電能力很強。
膠體(態)密封鉛蓄電池的電解液是矽凝膠,雖然離子在凝膠中的擴散速度接近在水溶液中的擴散速度,但離子的遷移和擴散要受到凝膠結構的影響,離子在凝膠中擴散的途徑越彎曲,結構中孔隙越狹窄,所受到的阻礙也越大。因而膠體密封鉛蓄電池內阻要比AGM密封鉛蓄電池要大。
然而試驗結果表明膠體密封鉛蓄電池的大電流放電性能仍然很好,完全滿足有關標準中對密封電池大電流放電性能的要求。這可能是由於多孔電極內部及極板附近液層中的酸和其他有關離子的濃度在大電流放電時起到關鍵性的作用。
 
6、熱失控
熱失控指的是:電池在充電後期(或浮充狀態)由於沒有及時調整充電電壓,使電池的充電電流和溫度發生一種累積性的相互增強作用,此時電池的溫度急劇上升,從而導致電池槽膨脹變形,失水速度加大,甚至電池損壞。
上述現象是AGM密封鉛蓄電池在使用不當時。
而出現的一種具有很大破壞性的現象。這是由於AGM密封鉛蓄電池採用了貧液式緊裝配設計,隔板中必須保持10%的 孔隙不准電解液進入,因而電池內部的導熱性差,熱容量小。充電時正極產生的氧到達負極和負極鉛反應時會產生熱量,如不及時導走,則會使電池溫度升高;如若 沒有及時降低充電電壓,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。如此惡性循環下去,就會引起熱失控現象。
對 於開口式鉛蓄電池而言,由於不存在陰極吸收氧氣現象,再加上其電解液量比較大,電池散熱容易,熱容量也大,當然不會出現熱失控現象。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,極群周圍及與槽體之間充滿凝膠電解質,有較大的熱容量和散熱性,不會產生熱量積累現象。
德國陽光公司的膠體(態)密封鉛蓄電池進入中國市場已有十餘年,幾家代理商均說沒有聽到用戶反映電池有熱失控現象。
 
7、使用壽命
影響閥控式密封鉛蓄電池使用壽命的因素很多,既有電池設計和製造方面的因素,又有用戶使用和維護條件方面的因素。就前者而言,正極板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度乃是兩個最主要的因素。由於正板柵的厚度加大,採用Pb—Ca—Sn--A1四元耐蝕合金,則根據板柵腐蝕速度推算,電池的使用壽命可達10~15年。然而從電池使用結果來看,水損耗速度卻成為影響密封電池使用壽命的最關鍵性因素。
對於AGM密封鉛蓄電池而言,由於採用貧液式設計,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%水份,電池壽命結束。然而膠體(態)密封鉛蓄電池採用了富液式設計,電解液密度比AGM密封鉛蓄電池低,降低了板柵合金腐蝕速度;電解液量也比後者多15%~20%,對失水的敏感性較低。這些措施均有利於延長電池使用壽命。根據德國陽光公司提供的資料,膠體(態)電解液所含的水量足以使電池運行12~14年。電池投入運行的第一年,水損耗4%—5%,隨後逐年減少,4年之後總的水耗損只有2%。OP2V型密封電池在2.27V/單體條件下浮充運行10年後,其容量還有90%。從國內一些郵電通信部門的反映來看,雖然陽光公司的膠體(態)密封鉛蓄電池售價較高,但其使用壽命卻長於國產的AGM密封鉛蓄電池。
 
8、複合效率
複合效率是指充電時正極產生的氧氣被負極吸收複合的比率。充電電流、電池溫度、負極特性和氧氣到達負極的速度等因素,均會影響密封電池的氣體複合效率。
根據德國陽光公司提供的膠體(態)密封鉛蓄電池產品說明書介紹,膠體(態)密封鉛蓄電池產品使用初期,氧複合效率較低,但運行數月之後,複合效率可達95%以上。這種現象也可以從電池的失水速度得到驗證,膠體(態)密封鉛蓄電池運行第一年失水速度較大,達到4%~5%,以後逐漸減少。造成上述特性的主要原因,看來膠體電解質在形成初期,內部沒有或極少有裂縫,沒有給正極解析出的氧提供足夠的通道。隨著膠體的逐漸收縮,則會形成越來越多的通道,那麼氧氣的複合效率必然逐漸提高,水損耗也必然減少。
AGM式密封鉛蓄電池隔膜中有不飽和空隙,提供了大量的氧氣通道,因而其氧氣複合效率很高,新電池可以達到98%以上。
 
9、選用貨真價實的膠體(態)密封鉛蓄電池
以上談及的膠體(態)密封鉛蓄電池的一些特性,乃是當今國內外新一代膠體(態)密封鉛蓄電池才具有的性質。這種電池使用的膠體(態)電解質在性能上有別於早期膠體(態)電池使用的膠體(態)電解質,後者是用普通水玻璃製成的,或由一般市售的矽溶膠配成的。此外,新一代膠體(態)密封鉛蓄電池的結構和選材上也不同於一般的鉛蓄電池。
從目前的國內外技術發展水準來看,做一個膠體(態)鉛蓄電池是不難的,然而要做一個好的膠體(態)密封鉛蓄電池卻是不容易的,其中的技術訣竅是任何廠家都不願透露的。用戶在選用膠體(態)密封鉛蓄電池時,務必小心從事。


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  • AGM電瓶主要是因應歐盟規定於2012年汽車二氧化碳排放必須達到每公里低於130g的規範所研發出來的電瓶技術,現今廣為配置在安裝有Stop-Start系統的車輛上。現在原廠所裝的AGM品牌主要為VARTA與EXIDE。

    AGM電瓶使用好處:
    1.AGM技術--永久完全吸附電解液隔墊使活化物鉛膏不脫落
    2.極穩定的循環能力--更高的電能輸出
    3.更好的冷啟動力--因為不需多餘的電解液覆蓋,可以有更高的極板
    4.更長的壽命--由於使用AGM技術,電瓶老化速度更慢
    5.防滲漏及防外溢--可以任何方向安裝在車上,即使發生意外也不會危害環境
    6.絕對免保養--氧化還原作用不會消耗水分,18個月存放期

    Data from:http://mbhome.com.tw/