太陽能發(fā)電儲能專用蓄電池

1、太陽能發(fā)電儲能專用蓄電池近年來，太陽電池的光伏發(fā)電技術(shù)得到了世界各國的高度重視。從 歐美的太陽能光伏“屋頂方案至賊國的西部光伏發(fā)電工程。太陽能光 伏發(fā)電已經(jīng)顯示了其強勁的開展勢頭。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的開展和低本 錢光伏組件的產(chǎn)業(yè)化，太陽能燈具、光伏電站和光伏戶用電源，均要求 蓄電池供給商能夠提供全天候運行的蓄電池，而目前光伏系統(tǒng)多采用閥 控式密封鉛酸蓄電池以下簡稱鉛酸蓄電池縮寫 VRLAB膠體鉛酸蓄電 池和免維護(hù)鉛酸蓄電池不是 VRLAS電池作為儲能電源。耐候性是指 蓄電池適應(yīng)自然環(huán)境的特性。本文主要討論自然環(huán)境下溫度對蓄電池壽 命、容量的影響及解決方法，以及儲能鉛酸蓄電池研究開展方向。上述 三

2、種產(chǎn)品在奧冠電源公司已批量生產(chǎn)，皇明太陽能公司做儲能蓄電池已 配套應(yīng)用，現(xiàn)場試驗效果很好。一、溫度對鉛酸蓄電池壽命的影響VRLA昔酸蓄電池受溫度影響較大，按阿里紐斯原理，在大于40C,溫度升高10度，壽命降低一倍，壽命終止的主要原因是：硫酸電解液干 涸；熱失控；部短路等。1、硫酸電解液干涸硫酸電解液作為參加化學(xué)反響的電解質(zhì)，在鉛酸蓄電池中是容量的 主要控制因素之一。酸液干涸將造成電池容量降低，甚至失效。造成電 池干涸失效這一因素是鉛酸電池所特有的。酸液干涸的原因1.1、氣體再化合的效率偏低，析氫析氧、水蒸發(fā)1.2、從電池殼體部向外滲水1.3、控制閥設(shè)計不當(dāng)1.4、充電設(shè)備與電池電壓不匹配，電池

3、電壓過高、發(fā)熱、失水、干 涸而失效。VRLA鉛酸蓄電池受到上述四種因素的影響，其中后三種因素引起的 失水速度隨環(huán)境溫度的上升而加快，從而加速了鉛酸蓄電池以干涸方式 失效。酸液干涸是影響VRLA鉛酸蓄電池壽命的致命因素，VRLA蓄電池 不適于在35C以上高溫條件下使用。2、熱失控蓄電池在充放電過程中一般都產(chǎn)生熱量。充電時正極產(chǎn)生的氧到達(dá) 負(fù)極，與負(fù)極的絨面鉛反響時會產(chǎn)生大量的熱，如不及時導(dǎo)走就會使蓄 電池溫度升高。蓄電池假設(shè)在高溫環(huán)境下工作，其部積累的熱量就難以 散發(fā)出去，就可能導(dǎo)致蓄電池產(chǎn)生過熱、水損失加劇，阻增大，更加發(fā) 熱，產(chǎn)生惡性循環(huán)，逐步開展為熱失控，最終導(dǎo)致蓄電池失效。VRLA鉛酸蓄

4、電池由于采用了貧液式緊裝配設(shè)計，隔板中保持著10%的孔隙酸液不能進(jìn)入，因而電池部的導(dǎo)熱性極差，熱容量極小。VRLA鉛酸蓄電池之所以在高溫環(huán)境下易發(fā)生熱失控，是由于平安閥排出的氣體 量太少，難以帶走電池部積累的熱量。熱失控的巨熱將使蓄電池殼體發(fā) 生嚴(yán)重變形、脹裂、蓄電池徹底失效。3、部短路由于隔膜物質(zhì)的降解老化穿孔，活性物質(zhì)的脫落膨脹使兩極連接， 或充電過程中生成枝晶穿透隔膜等引起部短路。深放電之后的蓄電池， 其吸附式隔板易出現(xiàn)鉛絨或彌散型沉淀，或形成枝晶，導(dǎo)致正負(fù)極板微 短路。由于VRLA鉛酸蓄電池的負(fù)極冗余設(shè)計，充電的初、中期充電效率比 正極板充電效率高，所以在正極板析氧之前，負(fù)極已生成足夠

5、的絨面鉛， 用于使氧進(jìn)展再化合。在制作蓄電池過程中，以負(fù)極活性物質(zhì)的量作為 控制因素，可以減緩電池性能的惡化。除此而外，目前在鉛酸蓄電池中還普遍采用添加劑，用以改善蓄電 池性能，如添加鋅、鎘、鋰、鉆、銅、鎂、等金屬鹽或氧化物。這些添 加劑均為強電解質(zhì)，在放電過程中其離子向負(fù)極遷移。這些金屬離子起 化合配位作用，降低形成硫酸鉛的概率，既是形成了硫酸鉛，也比擬松 軟，易于軟化或復(fù)原。在電池的使用中，應(yīng)盡量保持溫度恒定，防止溫 度的大起大落，減少枝晶析出產(chǎn)生的時機(jī)。綜上所述，高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形 等都起到加速作用，低溫會引起負(fù)極鈍化失效，溫度波動會加速鉛酸蓄 電池部短路等

6、等。這些都將影響電池壽命。、溫度對鉛酸蓄電池容量的影響1第一類早期容量損失，縮寫為 PCL-I鉛酸蓄電池容量突然損失的主要原因是阻擋層。由于Pb-Ca-S n-AI合金再生缺陷和半導(dǎo)體效應(yīng)，正極活性物質(zhì)與板柵間形成了單項導(dǎo)電的 阻擋層，導(dǎo)電層組成成分較為復(fù)雜并具有半導(dǎo)體特性的晶體，對溫度極 為敏感，通過對腐蝕層的研究，改良了電池的合金和鉛膏添加劑等半導(dǎo) 體摻雜制造工藝，其原理是半導(dǎo)體晶體對純度極為敏感這一原理，一個 ppm的摻雜能增加103的電導(dǎo)率，通過合理的摻雜工藝，這種失效模式 根本上解決。2、第二類早期容量損失，縮寫為 PCL-H鉛酸蓄電池容量緩慢損失的主要原因是不是通常所見的板柵腐蝕硫

7、 酸鹽化或活性物質(zhì)軟化脫落等，而是由于多孔活性物質(zhì)膨脹引起顆粒之 間互相隔絕，受溫度影響很大，由 PbOA PbSO4軟化過程中膨脹收縮, 引起的正極活性物松軟和絡(luò)合構(gòu)造的不可逆損壞，逐漸軟化脫落。造成 正極板以較低的速度損失容量。3、第三類早期容量損失，縮寫為 PCL-m鉛酸蓄電池?zé)o法充電的主要原因是由于負(fù)極添加劑活性降低或損 失，而使充電困難，充電承受能力差，再充電缺乏，從而導(dǎo)致負(fù)極板底 部1/3處硫酸鹽化而造成的。在常溫10h-20h率放電時電池容量受限于正極，在低溫-15 C以 下和高倍率1h率以上放電時電池容量收限于負(fù)極，低溫大電流放 電或受高溫影響負(fù)極極易發(fā)生鈍化，其原因是放電過程

8、中有大量的離子 要在很短時間進(jìn)入酸液，而形成晶核需要一些時間，這樣在電極外表的 呈現(xiàn)過大的飽和度，與正常放電電流密度相比就能夠形成數(shù)量多而尺寸 小的晶核，使得電極外表變成孔隙小的致密層，阻礙放電反響的繼續(xù)進(jìn) 展，類似于局部放電量消耗于這種硫酸鉛鹽層上。高溫促使負(fù)極添加劑的分解或溶解在電解液中而早期損失，使負(fù)極 絨面鉛鈍化。在低溫狀態(tài)，溶解度明顯降低，即使放電電流與低溫低濃 度時一樣、放電時產(chǎn)生的速度不變，但相對于低平衡溶解度來說提高了 飽和度。在低溫狀態(tài)，還導(dǎo)致酸液的粘度增加，導(dǎo)致酸擴(kuò)散速度下降， 增大蓄電池的阻，高速傳質(zhì)性能變壞。鈍化層厚度與硫酸鉛的結(jié)晶尺寸、孔隙率和孔徑構(gòu)造有關(guān)，即與硫 酸

9、鉛的溶解度以及鉛電極外表溶液飽和度有關(guān)。在低溫及電流密度、硫 酸濃度高時，使負(fù)極外表溶液飽和度過高，鈍化層隨之變厚。所以很易 造成蓄電池因放電困難而失效。負(fù)極板的鈍化表現(xiàn)為既充不進(jìn)電也放不 出電。溫度對上述諸因素影響的機(jī)理及程度涉及到電化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué) 動力學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、金屬物理學(xué)等方面的理論，仍在進(jìn)一步研究之 中。但高溫確實會使蓄電池中的添加劑氧化失效，引起活性物持脫落， 負(fù)極鈍化使蓄電池早期的容量衰減速度加快。這種早期容量衰減，將導(dǎo) 致鉛酸蓄電池壽命縮短，可靠性變差。4、正極板腐蝕根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)原理，環(huán)境溫度過高，鉛酸蓄電池放電深度越大， 電解液密度越高，板柵腐蝕越劇烈；儲存時間愈長

10、，腐蝕層越厚。伴隨 著板柵腐蝕而產(chǎn)生板柵變形拉伸，其結(jié)果使板柵抗強度變小?；钚晕镔|(zhì) 脫落，當(dāng)腐蝕產(chǎn)物變得很厚或板柵變得相當(dāng)薄時，板柵電阻增大，使電 池容量下降，容量下降20喘電池就算失效了。如前所述，由于蓄電池是一個電化學(xué)容器，對環(huán)境溫度變化極為敏 感，環(huán)境溫度既影響蓄電池的壽命也影響蓄電池的容量，這兩者是密不 可分的。、閥控式鉛酸蓄電池研究開展方向短短幾年時間，鉛酸蓄電池在太陽能燈具中得到了廣泛應(yīng)用。鑒于 VRLA鉛酸蓄電池在自然環(huán)境下全天候工作而面臨的耐候性較差-20 C 40C的問題，成功地開發(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)的耐候性較好-40 C 60C的膠體，富液免維護(hù)鉛酸蓄電池?，F(xiàn)就有關(guān)富液鉛酸蓄電

11、池研發(fā)方向簡 述如下：1關(guān)于免維護(hù)鉛酸蓄電池不是 VRLAS電池免維護(hù)鉛酸蓄電池殼蓋在構(gòu)造上采用迷宮式氣室，特殊設(shè)計的氟塑 料橡膠多孔透氣閥，同時采用了富液設(shè)計方案，比VRLA昔酸蓄電池多加 了 20%勺酸液，采用多孔低阻PE隔板，極群組周圍及槽體之間充滿了酸 液，有很大的熱容量和好的散熱性，絕對不會產(chǎn)生熱量積累和熱失控。 受溫度影響比VRLAS電池為小，從而排除了鉛酸蓄電池干涸失效模式。2、關(guān)于膠體鉛酸蓄電池膠體鉛酸蓄電池采用了富液設(shè)計方案，比 VRLA昔酸蓄電池多加了 20%勺酸液，極群組周圍及槽體之間充滿凝膠電解質(zhì)， 有較大的熱容量和 好的散熱性。以上兩種蓄電池受溫度影響較小，能克制以上

12、三種早期容量損失3、優(yōu)勢3.1、采用特殊的非液非膠電解質(zhì)，提高裝配壓力正極板外表的壓 力，裝配壓力2560Kp,抑制正極板活性物質(zhì)的軟化脫落。設(shè)計合理 的控制閥，增加氧氣復(fù)合，減少失水，提高電池壽命在各種環(huán)境中可 以提高壽命二倍以上3.2、采用特殊的板柵構(gòu)造正負(fù)板柵質(zhì)量比 1: 0.75、工藝手段 及材料配方，有機(jī)和無機(jī)添加劑。形成微孔構(gòu)造的板柵，增大了電極與 電解質(zhì)的反響界面，降低接觸電阻，減小了電極的極化，大幅度提高電 極的活性物質(zhì)利用率、提高了充電效率，增大電池放電和輸出功率，有 效的成倍延長電池壽命，全面提高電池性能。3.3、正極板柵采用Pb-Ca-Sn-AI-Sb-Zn-Cd其中的組合多元合金, 負(fù)極板柵采用鉛鈣錫鋁高氫過電位材料板柵和涂膏成型的電極板，容量 大、壽命長。鉛錫多元合金集流排，阻小，耐腐蝕，可經(jīng)受長期浮充使 用，分析純極電解質(zhì)，自放電小。3.4、采用新技術(shù)、改良板柵材配方，提高抗蠕變及抗腐蝕性能，適 當(dāng)提高Pb-Ca合金中的Sn Ag含量，可以提高抗蠕變性能。3.5、采用低阻多孔PE隔板，極板設(shè)計要給電池殼中留出富液空間, 酸液不外溢、不污染環(huán)境、不腐蝕設(shè)備機(jī)件，可以順利進(jìn)展氣體陰極吸 收。提高極群組的壓力，緊裝配，可以延長蓄電池壽命。3.6、電池殼蓋采用迷宮式特殊設(shè)計的透氣閥，和特殊的添加劑，減 少了水份的散失。3.7、采