变电站劣化铅酸蓄电池激活液的研制
 变电站劣化铅酸蓄电池激活液的研制
摘要：针对某变电站铅酸蓄电池组老化迹象趋于明显，分析劣化原因，根据铅酸蓄电池产品再生修复理论，研制了一种激活液，利用大电流恒压充电法修复蓄电池。相关试验结果表明，激活后的蓄电池容量提高了20%，电池内阻减小，使用寿命得到了延长，可以达到22个月，达到了对劣化蓄电池的修复效果。该方法的推广可以实现资源的再生利用，为企业带来较大的经济效益，并协助解决环保问题。
关键词：铅酸蓄电池；修复再生；激活液；经济效益
0 引言
铅酸蓄电池已有150多年的历史，在电化学理论、生产工艺等技术研究方面非常成熟，而且生产原料易得，价格便宜，所以目前它是在变电中枢中应用最为广泛的储能方式[1-2]。电力系统用蓄电池随着运行年限的增加以及运行环境（如空气、温度、水分、电场等）因素的影响，会出现不同程度的蓄电池劣化现象[3-5]。变电站用做备用电源的阀控式铅酸蓄电池的一般使用寿命年限为10年，但是实际上已有很大一部分电池在第3~5年就已经达到退运要求。
这种情况的出现，严重影响了电力系统的安全运行。但如果蓄电池在第5年退运，既是对资源的一种巨大浪费，又会对环境构成潜在威胁。
如何运用科学技术手段来修复已劣化蓄电池，使其性能指标达到运行蓄电池的标准，延长其蓄电池的使用寿命，节约资金成本，是蓄电池运维人员现在要解决的问题。国内外研究学者针对蓄电池劣化的主要原因，提出了不少修复方式。李强[6]手机电池激活通过复合脉冲充电方法实现了对蓄电池的修复。王锋超[7]利用内阻测试仪、充放电测试仪对退运铅酸蓄电池性能特性进行了分析，运行3年的蓄电池内阻增加不明显，经过修复后容量可以恢复到80%以上。郑欣[8]对蓄电池的电化学机理和反应过程进行充分研究，提出了依据蓄电池端电压在快速充电时和停止充电瞬间的变化，以及蓄电池组当前荷电状态，来检测蓄电池工作状况的研究思想。刘维强[9]依据制造商提供的蓄电池最佳放电曲线，提出以依据蓄电池内阻值来调节电流脉冲宽度的去极化高效率充电方法。桂长青等人[10]发现：由于蓄电池组在内一直浮充运行，过度充电和环境温度过高是造成蓄电池组劣化严重从而提前失效的主要原因；Conte M等发现多阶段恒流充电能够大大地缩短蓄电池充电时间、延长蓄电池循环使用寿命[11]。L.T Lam[12]探究了大电流对两极板之间活性物质和硫酸铅结晶的影响，发现间歇性去极化脉冲电流可以减缓极化、提高活性物质充放电接受率，利用去极化脉冲电流
的大小变化，在短时间内可以去除硫化。国内西南交通大学、空军工程学院、河北工业大学等院校也于近年展了对铅酸蓄电池修复技术的研究，提出通过添加活性剂、使用大电流修复法、负脉冲修复法、高频脉冲修复法、复合脉冲共振法达到去硫化的目的[13-18]。
本文基于以上的劣化电池修复方法，研制了一种激活液对其再生吸附处理，并通过大电流恒压充电方法，实现了对某变电站劣化蓄电池的修复。实验结果表明本文研制的激活液效果好、环保性强、成本低，可为区域内蓄电池的收集、贮存、转运项目提供保障，降低企业运维成本。
1 劣化原理分析
某变电站的蓄电池是采用国产铅酸蓄电池，该机组铅酸蓄电池随着运行年限的增加，蓄电池的最常见的几种失效模式为：蓄电池正极板栅腐蚀变形、不可逆硫酸盐化、正极板栅上面活性物质软化脱落、热失控、失水、短路、断路。
（1）极板的腐蚀
对浮充电使用的电池，板栅腐蚀是限定电池寿命的重要因素，在电池过充电状态下，正负
极板上反应如下：
正极：2H2O = O2 + 4H+ + 4e-
负极：Pb + 1/2O2 + 2H+ + SO2-4 = PbSO4 + H2O
PbSO4 + 2 e- = Pb+ SO2-4
负极净反应：1/2O2 + 2H+ + 2e- = H2O
由此可见，负极产生水，降低了酸度，而正极反应产生H+，加速了正极板栅的腐蚀。
（2）水损失
由于化学反应不完全及板栅腐蚀引起水的损失，当每次充电时，由于产生气体的速率大于气体再化合速率，导致一部分气体逸出，造成水的损失。其中正极板栅的腐蚀造成水损失的反应为：Pb + 2H2O = PbO2 + 4H+ + 4e-。
（3)枝状结晶生成
当电池处于放电状态，或长期以放电状态放置，这种情况下负极pH值增加，极板上生成可溶性铅颗粒，促进板状结晶生成穿透隔膜造成极间短路使电池失效。
（4）负极板硫酸盐化
铅酸蓄电池正极活性物质为二氧化铅，负极活性物质是海绵状铅，电解液是稀硫酸，其电极反应方程式可表示如下：
正极反应：PbSO4 + 2H2O = PbO2 + HSO4－+ 3H+ + 2e-
负极反应：PbSO4 + H+ + 2e- = Pb + HSO4－
总反应：2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + H2SO4

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