变电站的阀控式密封铅酸蓄电池

    阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA蓄电池）出现于20世纪80年代中期，分为胶体式和贫液式两类，和普通铅酸蓄电池一样，其正极板上的活性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质为铅。我国大多采用的是贫液阀控式密封铅酸蓄电池，它将绝大部分电解液储存在吸液式超细玻璃纤维隔膜中，仅有很少部分的电解液储存在正、负极板活性物质的孔隙中，使电池壳内无流动的电解液，故称为贫液式蓄电池。它在普通铅酸蓄电池的基础上，对结构和材料等作了重要改进，采取措施促使氧气循环复合并对氢气的产生进行抑制，以减少水分的损失，使其具有体积小、重量轻、自放电小、少维护、寿命长、使用方便、对环境无腐蚀、无污染等优良特性，与传统的铅酸蓄电池相比，在使用、维护和管理上有着明显的优点。

    贫液阀控式密封铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电解液、隔板、安全阀、外壳等部分组成，如图9-1所示。正极板可采用管式或涂膏式，负极板一般采用涂膏式。阀控式铅酸蓄电池对板栅材料的要求比较严格，要求其硬度、机械强度、耐腐蚀性能和导电性能要好，同时还要求合金材料对负极析氢催化作用要小。目前常用的板栅材料有铅钙合金、铅钙锡合金、铅锶合金、铅锑镉合金等。贫液阀控式铅酸蓄电池正、负极板间的隔板通常采用优质超细玻璃纤维制作。阀控式密封铅酸蓄电池的电解液也为硫酸溶液，但电解液的浓度要比普通铅酸蓄电池的高，因而其开路电压、浮充电电压、均衡充电电压均比普通铅酸蓄电池的高。电池外壳及盖采用合成树脂或阻燃塑料制成，例如采用耐酸腐蚀、机械强度高、防渗漏、散热性能和阻燃性能较好的强化聚丙烯作为外壳材料。电池槽与盖必须要严格密封。盖上装有安全阀．正常浮充电时安全阀的排气孔只能逸散微量气体，可以控制气体的大量排出，防止失水，当由于过充等原因使内部压力升高到安全阀的开启值，安全阀自动开启排气，使电池内部的压力保持在允许范围，以保证安全，减压完毕后，安全阀自动关闭，以免空气进入电池内。安全阀上装有防爆过滤装置，既能滤酸又能隔爆。

    图9-1    阀控式密封铅酸蓄电池结构示意图

   1-封口；2-接线柱；3-安全阀；4-盖；5-防爆陶瓷过滤网；6-正极板；7-隔板；8-负极板；9-外壳

    阀控式密封铅酸蓄电池具有以下特点：

   (1)普通铅酸蓄电池常用的铅锑合金板栅在电解液中的氢逸出电位较低，在蓄电池充电的情况下，负极上较容易产生氢气。阀控式密封铅酸蓄电池采用新型多元合金板栅，使氢气的析出电位提高，再加上反应区域和反应速度的不同，使正极析出氧气先于负极析出氢气，而且负极比正极多出一定的容量，这样使负极板的活性物质过剩，吸收部分先行析出的氧气，即正极产生的氧气通过多孔的超细玻璃纤维隔膜到达负极，与负极上的铅发生反应生成氧化铅，氧化铅又和硫酸反应生成硫酸铅和水，从而控制水的电解，减少电解液的损耗，方程式如下

   2Pb+O2+2H2SO4→2PbSO4+2H2O    (9-4)

    在充电时，由于发生了上述反应，使得氧气在蓄电池内不会积累，而负极总是处于充电不足状态，负极上不会产生氢气。负极被氧化成硫酸铅后，经过充电又转变成铅。如果充电电流超过一定值，使得正极产生的氧气过多，不能全部反应生成水，这时内部压力升高，安全阀可能动作。

   (2)极板之间不再采用普通隔板，而是用超细玻璃纤维作为隔膜，其有孔率高达90%以上，隔膜中吸附有电解液。阀控式密封铅酸蓄电池内部不再有游离的电解液，无论电池立放或卧放，电解液都不会溢出。超细玻璃纤维隔膜吸收硫酸溶液的饱和度为95%～97%，留下3%～5%的孔隙，使氧气易于流通到负极，与之反应最后再生成水。

   (3)普通铅酸蓄电池的电解液要根据情况进行补充、更换，而阀控式密封铅酸蓄电池的电解液是一次性充入的，在其使用过程中无须对电解液进行检测和补充、减少了维护的工作量。

   (4)阀控式密封铅酸蓄电池整体采用密封结构，不存在普通铅酸蓄电池电解液渗漏等现象，可放倒后叠加放置，酸液也不会渗漏，而且无酸雾逸出，不腐蚀设备，对环境无污染，无需再设专门的蓄电池室，节省辅助设备的投资和占地面积。

   (5)大电流放电性能优良，特别是冲击放电性能好，而且自放电电流小。

   (6)结构紧凑，体积小，寿命比普通铅酸蓄电池长，便于运输，使用安全可靠。

   (7)阀控式密封铅酸蓄电池对温度的反应较灵敏，不允许严重的过充电和欠充电，对充放电要求比较严格。

    除了贫液阀控式密封铅酸蓄电池外，德国等国家还研制了胶体电解质阀控式密封铅酸蓄电池，它具有自放电小、大电流放电特性好、不易失水、寿命长、耐高低温性能好等优点，目前我国生产的这种电池较少。胶体电解质是由硅胶溶液与一定浓度的硫酸按比例配制而成，当胶体静止不动时，状态如固体，胶体一经触动时则状态如液体，再次静止时又重新凝固，这种性能称为触变性。胶体电解质充满容器内所有空隙，并把正、负极板包裹起来，电池产生的热量小，热量的传递和散热性能好，电池温升小，可防止热失控。而且由于胶体电解质均匀性能好，在充放电过程中极板受力均匀不易弯曲，活性物质不易脱落。在充放电过程中，充电时较重的电解液向底部沉降，放电时较轻的电解液浮向顶部，这种电解液按密度分层的现象叫做层化。层化将使极板和不同密度的电解液交界面上形成不同的电位，引起自放电率增大，温度升高，影响电池寿命。采用胶体电解质的蓄电池，其顶端与底部的电解液流动被阻止，从而避免了层化。