¿Cuántas veces realiza el ciclo de la batería de plomo-ácido?

Para evitar la corrosión de la rejilla positiva, se desarrolló una aleación multicomponente con bajo contenido de tantalio. La resistencia a la corrosión de esta multi-aleación se mejora enormemente. La rejilla negativa está hecha de cobre con recubrimiento de plomo. La relación entre el peso de la rejilla de cobre y el material activo es de 1: 3, y la energía específica del depósito se mejora significativamente. Además, debido al buen rendimiento eléctrico del electrodo negativo de la rejilla de cobre, la capacidad de aceptación de carga es fuerte y aumenta la vida útil del ciclo de carga y descarga de la batería. La adición de aditivos a los materiales activos positivos y negativos aumenta la tasa de utilización de los materiales activos y prolonga la vida útil. Para evitar el cortocircuito sin plomo, se toman medidas integrales de prevención de cortocircuitos. Se utilizan tableros de alto rendimiento y una gama de nuevos procesos de montaje.

Introducción al desarrollo de baterías de plomo-ácido.

La batería de plomo-ácido fue fabricada por primera vez por Gaston prandtl en 1860. Tiene una historia de más de 140 años. Durante los últimos cien años, con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de baterías de plomo-ácido, la estructura, la mecanización de la producción y el grado de automatización de mejora continua, el rendimiento se mejoró continuamente. Debido a su excelente rendimiento y relación de precios, hasta hoy, la producción y aplicación de baterías de plomo-ácido todavía se encuentran en el primer lugar de varias fuentes de alimentación química. Su aplicación incluye principalmente energía, arranque, emergencia y suministro de energía de trabajo, el objeto de uso incluye vehículos, barcos, aeronaves, sistemas de telecomunicaciones, computadoras, instrumentos y otros equipos, instalaciones, especialmente en baterías automotrices y baterías industriales, las baterías de plomo-ácido ocupan más del 90% de la cuota de mercado, con una ventaja absoluta de 121. El reactor Valta original apareció por primera vez en 1800. En 1801, gottelot había observado lo que se llama una "corriente secundaria", que es la corriente que se puede obtener después de la carga. en la dirección opuesta a la corriente de carga. De 1836 a 1843, Della zouvi estudió el Pb02 como electrodo positivo en una solución de ácido sulfúrico. En el primer medio siglo, entre 1860 y 1910, se desarrollaron varios tipos de electrodos para baterías de plomo-ácido y los principales procesos de fabricación. El primero fue la placa de formación. En 1881 foer presentó la primera placa de pasta. Xie lang fue el primero en utilizar Pb. La compuerta de aleación Sb está diseñada para mejorar la fluidez de las aleaciones líquidas y la dureza de las aleaciones sólidas. En 1924, el propio R. Shimazu inventó el molino de bolas y utilizó polvo de molino de bolas en lugar de polvo de plomo rojo como material activo de la batería. Se utilizó lignina como aditivo de material activo negativo para evitar que el sulfato de plomo cristalizara y prolongar la vida útil de la batería. En la década de 1920 existían tabiques de caucho microporoso, y en los 40 hubo tabiques de resina y papel, que gradualmente sustituyeron a los tabiques de madera. Durante los 20 años transcurridos desde la década de 1950 hasta la de 1960, las baterías de plomo-ácido lograron avances significativos en el proceso de fabricación en varios aspectos. Placa delgada y diseño de rejilla mejorado; La tecnología de soldadura a través de la pared aplicada a la batería de arranque; Adopte generalmente una rejilla de fundición de aleación baja en antimonio o libre de antimonio; Mejorar la tasa de utilización del material activo en una descarga de tiempo corto; Proceso de fabricación de baterías de carga seca. Después de la década de 1970, los países han desarrollado vigorosamente el rugido de la batería de plomo-ácido sellada y sin mantenimiento en la teoría básica, la física, especialmente los logros y los medios de la electrónica, se utilizan ampliamente: potenciómetro estable, medidor de corriente de barrido, microscopio electrónico de barrido, x. Difracción de rayos X y neutrones, resonancia magnética nuclear y espectroscopia electrónica más electrodos de disco giratorio y tecnología informática. El enfoque de la investigación se ha desplazado de la termodinámica a la dinámica del proceso de electrodos.

Los principales productores de baterías de plomo-ácido se distribuyen en varios países desarrollados, incluidos Estados Unidos, Europa (Reino Unido, Alemania, Francia, etc.) y Japón, y su producción total representa aproximadamente el 70% de la producción total mundial. Estados Unidos tiene EXIDE Technologies, el mayor productor mundial de baterías de plomo-ácido (con ventas globales anuales de $ 2.8 mil millones), y otros grandes fabricantes de baterías de plomo-ácido como JOHNSON, CONTROL, DEKA y DELPHI. El valor de producción de las baterías de plomo-ácido en los Estados Unidos representa aproximadamente el 20% del total mundial. Sin embargo, en los últimos años, con los cambios en factores como la tecnología y los costos laborales, algunas empresas de baterías de plomo-ácido han experimentado una disminución. La producción de baterías de plomo-ácido se transfiere a países como India, el sudeste asiático y otros países donde los costos laborales son bajos. Hay muchos grandes fabricantes de baterías de plomo-ácido en Europa, como CHLORIDE, HOPPECKE, F1AMM, DETA, HAWKER, etc. Las baterías de plomo-ácido en Europa juegan un papel importante en el mundo, con una tecnología de plomo-ácido bien establecida. fabricante de baterías como Sunshine (ahora una subsidiaria de EXIDE). En 2001, la producción de baterías de plomo-ácido en Europa fue de 48,1 millones y en 2002 se estimó en 49,1 millones. En 2005, alcanzará los 51,8 millones. En términos de baterías industriales, el número de baterías de repuesto en 2000 fue de 130.000, el número de baterías selladas de menos de 24 Ah fue de 110.000 y el número de baterías selladas de más de 24 Ah fue de 430.000. Los productores de baterías de plomo-ácido en Japón incluyen principalmente Yuasa Battery Co., Ltd., Matsushita Battery Co., Ltd., Furukawa Battery Co., Ltd., Shin-Kobe Electric Co., Ltd. y Japan Battery (GS ). Según las estadísticas de las partes pertinentes, en 2002, el valor de producción de las baterías de plomo-ácido en Japón fue de aproximadamente 1,160 millones de dólares estadounidenses, las baterías de arranque de las baterías de plomo-ácido representaron el 55,7% y las baterías industriales (baterías fijas de plomo-ácido). ) representó el 6,7%. Las pequeñas baterías de plomo ácido representan el 8. O%, el otro representa el 29,7%. Desde la década de 1990, la proporción de baterías de plomo-ácido en el valor de producción total de las baterías secundarias se ha mantenido en alrededor del 20% y ha aumentado en los últimos años.

En los últimos años, el rendimiento de las baterías de plomo-ácido en China ha mejorado enormemente y la relación entre la energía y el peso y el volumen se ha mejorado enormemente. Las baterías de plomo-ácido selladas reguladas por válvula y sin mantenimiento y sin mantenimiento están creciendo rápidamente.

Estructura, composición y clasificación de la batería de plomo-ácido

La expresión electroquímica de una batería de plomo-ácido es: (1) PbIH2SO · IPb02 (+).

La estructura principal de la batería de plomo-ácido incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador, un electrolito de ácido sulfúrico, un tanque de batería y una tapa. Los electrodos positivo y negativo se sueldan respectivamente en un grupo de polos, y la batería de gran capacidad se saca de la barra colectora para formar un polo. El electrolito utilizado en la batería de plomo-ácido es una cierta concentración de electrolito de ácido sulfúrico. La función del separador de lluvia es separar los electrodos positivo y negativo. Es un aislante eléctrico (como caucho, plástico, fibra de vidrio, etc.), resistente a la corrosión por ácido sulfúrico, resistente a la oxidación y tiene suficiente porosidad y tamaño de poro para permitir que el electrolito y los iones pasen libremente. El cuerpo del tanque también es un aislante eléctrico, que es resistente al ácido y la temperatura, y tiene una alta resistencia mecánica. Generalmente, se utiliza caucho duro o plástico como cuerpo del tanque.

Análisis de la vida útil del ciclo de la batería de plomo ácido

1.2.1 Material activo positivo

El material activo del electrodo positivo es dióxido de plomo. Las formas cristalinas de Pb02 son d - Pb02 y 0 - Pb02. En una solución de ácido sulfúrico,

La reacción del electrodo de Pb02 es:

PbOa + HS04 "+ 3H ++ 2e = PbS04 + 2H20

Las pruebas han demostrado que la capacidad de descarga de B-Pb02 es siempre mayor que la capacidad de descarga de a - Pb02. Esto se debe a que la verdadera superficie específica de B-Pb02 es mayor que la de Q-Pb02, lo que afecta directamente el crecimiento y la difusión del sulfato de plomo en su superficie, lo que afecta la tasa de utilización de las sustancias activas. Durante la carga y descarga, n - Pb02 y B-Pb02 se transforman entre sí, principalmente a - Pb02 se convierte en 13 - Pb02. El mecanismo de reacción de carga y descarga del electrodo positivo se puede dividir en un mecanismo de deposición por disolución y un mecanismo de estado sólido.

Para mejorar la tasa de utilización del material activo del electrodo positivo, se utilizan varios aditivos, incluidos los aditivos conductores, aditivos inorgánicos como bario, sulfato de calcio, sulfato de aluminio, zeolita y similares, y aditivos orgánicos y poliméricos. Wei Guolin cree que el aditivo BD puede mejorar enormemente la capacidad de la batería. Mejora significativamente la tasa de utilización de materiales activos, puede formar una microestructura con más poros, mejorando así el proceso de transferencia de masa y mejorando significativamente el rendimiento de carga y descarga del electrodo positivo. La combinación de BD y PII puede aumentar significativamente la capacidad de la batería y la tasa de utilización del material activo positivo.

Los estudios de Ramanthanll41 han demostrado que se agrega sulfato de calcio al material activo positivo para mejorar el rendimiento de la batería a altas tasas de descarga y bajas temperaturas. La adición de RS03H al material activo del electrodo positivo mejora la condición de difusión de H + en los microporos del electrodo positivo y aumenta en gran medida la capacidad de descarga del electrodo positivo y la tasa de utilización del material activo del electrodo positivo 115]. D. Pavlov y N. CopkOV mezclan Pb, 04 y polvo de plomo y obtienen la pasta 4PbO · PbS04 como electrodo positivo después del curado a alta temperatura. El ciclo de vida de la batería aumenta en un 30% debido a la sustancia activa a. El contenido de Pb02 aumenta significativamente en I ". El documento 1171 presenta una placa de electrodo positivo de alto rendimiento con persulfato agregado a la composición de pasta de plomo común, el material activo tiene alta porosidad y área de superficie específica, y la potencia de descarga es de al menos 1 W / cm2. El material tiene una porosidad del 55% y una superficie específica de al menos 4 ㎡ / g. La literatura [181 propone agregar PbF2 a la pasta de plomo y agregar látex de fluororesina como aglutinante, que no requiere curado , que es beneficioso para la alta potencia de salida de la batería Se propone utilizar propileno y propileno estireno mientras se agrega carbono al material activo, que es principalmente beneficioso para la formación de una red y aumenta la porosidad.

1.2.2 Material activo negativo

El material activo del electrodo negativo es plomo. Cuando la batería se descarga, el ánodo de plomo es un ánodo y el plomo se oxida a Pb ", que se difunde desde la superficie del electrodo hacia la solución, y se produce una reacción de precipitación con el 8042. Si el electrodo de plomo está sobre potencial suficiente para provocar la nucleación en fase sólida, puede producirse una reacción en fase sólida. El S042 choca directamente con el plomo para formar sulfato de plomo sólido y el Pb2 + se reduce durante la carga. El plomo puede pasivarse en una solución de ácido sulfúrico. el plomo se utiliza como electrodo negativo en la producción.

Para mejorar la vida útil y la capacidad de la batería y suprimir la reacción de desprendimiento de hidrógeno, es necesario agregar varios agentes de expansión al electrodo negativo. El cable del electrodo negativo se oxida fácilmente en el paso de secado después de la formación y se puede agregar un inhibidor de corrosión. Los agentes de expansión comúnmente utilizados son agentes de expansión inorgánicos y agentes de expansión orgánicos. Los agentes de expansión inorgánicos incluyen sulfato de bario, sulfato de bario, negro de carbón, etc., que facilitan la difusión del electrolito, facilitan la descarga profunda, retrasan la pasivación y evitan que la superficie específica del electrodo se contraiga. El agente de hinchamiento orgánico incluye ácido húmico, lignina, lignosulfonato y agente de bronceado sintético, y funciona para evitar que se contraiga la superficie específica del electrodo. Los inhibidores de la oxidación comunes son el ácido α-hidroxi B-namínico, la glicerina, el xilitol, el ácido ascórbico, la colofonia, etc., todos los cuales pueden inhibir la oxidación del plomo.

1.2.3 Electrolito de la batería

El electrolito de la batería es ácido sulfúrico. Agregue una concentración de 0 al electrolito. Con 7 mol / L de Na2SO, la capacidad de la batería mejoró significativamente. CoSO es también una especie de aditivo que la gente estudia más. La adición de CoSO en el electrolito de la batería de plomo puede mejorar la adhesión entre el material activo positivo y la rejilla, así como la adhesión entre las partículas de Pb02, mejorando así eficazmente el ciclo de vida de la rejilla positiva. El aditivo de electrolito (NH4) 2Cr207 puede aumentar la capacidad del electrodo de plomo, acelerar el proceso de cátodo y ánodo del electrodo y mejorar el sobrepotencial de precipitación de oxígeno. Además, la adición de niacinamida, compuestos del grupo hidroxilamina y compuestos alifáticos insaturados en la vida útil de la batería también es beneficiosa.

1.2.4 Cuadrícula

El material activo de la batería generalmente se fija a una rejilla hecha de plomo y aleación de plomo. Las aleaciones de plomo-bismuto son las aleaciones de rejilla inventadas anteriormente, y el contenido de germanio todavía ampliamente utilizado es del 4 al 6%. En comparación con el plomo puro, la aleación de plomo-bismuto tiene buenas propiedades mecánicas, buena moldeabilidad, bajo coeficiente de expansión térmica y corrosión uniforme. Las desventajas de las aleaciones de plomo-bismuto son una gran resistencia eléctrica, una alta tasa de formación de gases, una mayor pérdida de agua de la batería y una corrosión acelerada de la rejilla. Para ello, es necesario reducir el contenido de niobio para formar una aleación de niobio bajo y una aleación de niobio ultra bajo. Las aleaciones de bajo rutenio necesitan principalmente resolver el fenómeno de craqueo térmico en la fundición de rejilla. Por tanto, es necesario añadir un agente nucleante. Los agentes nucleantes son principalmente s, Se, cu y As. Las principales aleaciones bajas son las que contienen plata y las aleaciones de antimonio-bario; aleaciones bajas en bismuto que contienen selenio y azufre; aleaciones de plomo-bismuto-arseniuro, plomo-cadmio-cadmio y plomo-cadmio-plata; aleaciones de plomo-calcio-estaño-aluminio;

1.2.5 Partición

El separador es uno de los componentes de la batería, su función principal es evitar cortocircuitos entre positivo y negativo. Sin embargo, no aumenta significativamente la resistencia interna de la batería, sino que también permite que el electrolito se difunda e ionice libremente. Además, debe tener cierta resistencia mecánica, resistencia a la corrosión ácida y resistencia a la oxidación. Los principales tipos de separadores son separadores de caucho microporoso, separadores de plástico microporoso de cloruro de polivinilo sinterizado, separadores de plástico flexible de cloruro de polivinilo, separadores de fibra de vidrio y polipropileno, separadores de filamentos de vidrio y separadores compuestos.

Análisis de la vida útil del ciclo de la batería de plomo ácido

1.2.6 Clasificación

Las baterías de plomo-ácido se utilizan habitualmente en tres clasificaciones.

1) Clasificados por finalidad

Los productos de baterías de plomo-ácido de China se clasifican por uso. Se divide principalmente en varios aspectos como el uso inicial, el uso fijo y el uso de energía. La batería de arranque se utiliza principalmente para arrancar e iluminar varios automóviles, locomotoras y barcos. Se requiere descargar a una corriente alta, puede comenzar a baja temperatura, la resistencia interna de la batería debe ser pequeña y las placas positivas y negativas deben ser delgadas. La batería fija de plomo-ácido se utiliza principalmente como fuente de energía de respaldo para varios sistemas de equipos a gran escala, la placa es gruesa, el electrolito es delgado y la vida útil es larga. La batería de energía proporciona principalmente energía para varios sistemas de energía, y los requisitos de rendimiento a corto y largo plazo son mejores.

2) Clasificación por estructura de placa

Se divide principalmente en tipo de pasta, tipo de tubo y tipo de formación. El óxido de plomo se ajusta en una pasta de plomo con una solución de ácido sulfúrico, se recubre sobre una rejilla fundida con una aleación de plomo, se seca y se forma una placa pastosa. El esqueleto está hecho de una aleación de plomo, y el tubo fibroso se prepara en la carcasa exterior del esqueleto y el tubo se llena con un material activo. Esta placa de electrodos se llama placa tubular. Plato de plomo puro

El casting se llama formación.

3) Clasificado por electrolito y mantenimiento de carga.

Principalmente dividido en batería de descarga seca, batería cargada en seco, batería cargada en húmedo, batería sin mantenimiento, con menos mantenimiento, batería sellada con control de válvula.

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