電池又稱化學(xué)電源,是能為用電器提供直流電源的裝置,化學(xué)電源是通過氧化還原的電化學(xué)反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能.一次電池是一次性應(yīng)用的電池,二次電池是可多次反復(fù)使用的電池,因此這里的二次實(shí)際上是多次的意思.二次電池又稱為可充電電池或蓄電池。

　　相對于零電平或某一基準(zhǔn)電平幅值為正的脈沖叫正極性脈沖,簡稱正脈沖,反之,則為負(fù)脈沖.正負(fù)脈沖按一定占空比出現(xiàn)的稱組合脈沖.二十世紀(jì)以來,隨著人們對負(fù)脈沖的認(rèn)識的不斷提高,負(fù)脈沖的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,如:能源、醫(yī)療、勘探、等。下面以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為例，介紹一下組合脈沖修復(fù)機(jī)和組合脈沖充電器對蓄電池的維護(hù)與修復(fù)原理:

　　基礎(chǔ)部分

　　一、 鉛酸蓄電池

　　鉛酸蓄電池是蓄電池的一種.以其低廉的價(jià)格, 良好的高倍率放電性能,應(yīng)用非常廣泛,如汽車、摩托車、火車、輪船、通信以及UPS等均需運(yùn)用.鉛酸蓄電池主要由正極板、負(fù)極板、電解液、容器、極柱、隔膜、可導(dǎo)電的物質(zhì)等組成。(一) 正極板(正極活性物質(zhì))

　　正極板活性物質(zhì)的主要成分是二氧化鉛.具有較強(qiáng)的氧化性,放電時(shí),與硫酸發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鉛,并吸收電子,二氧化鉛有兩種類型晶格,一種是α—Pb02 另一種是β—Pb02.這兩種二氧化鉛活性物質(zhì)差別很大,它們在正極板所起的作用也不相同.ß—Pb02 給出的容量是α—PbO2 的1.5~~~3倍.而α—Pb02具有較好的機(jī)械強(qiáng)度,它的存在,正極板活性物質(zhì)不宜軟化脫落,只有α—Pb02 和βα—PbO2 的比例達(dá)到0.8時(shí),鉛蓄電池會表現(xiàn)出良好的性能 .

　　正極活性物質(zhì)在放電狀態(tài)下,與電解質(zhì)硫酸發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鉛與水.其反應(yīng)式如下:Pb02+3H++HSO4+2e==PbSO4+2H2O 充電時(shí),在外線路的作用下轉(zhuǎn)化為ρbO2與H2SO4放電時(shí),二氧化鉛的ρb4+接受了負(fù)極送來的電子形成ρb+2與溶液中的硫酸根離子結(jié)合生成ρbSO4 .當(dāng)硫酸鉛達(dá)到一定量時(shí),變成沉淀物附著在極板上.充電時(shí)硫酸鉛中的鉛離子 的電子被外線路帶走轉(zhuǎn)化為 二氧化鉛.將水中 氫離子留在溶液中.氧離子與鉛離子結(jié)合生成二氧化鉛進(jìn)入晶格,形成正極活性物質(zhì).

　　(二)負(fù)極板(負(fù)極活性物質(zhì))

　　在鉛酸蓄電池里,為了供負(fù)極活性物質(zhì)充分與電解液發(fā)生反應(yīng),故將鉛制成多孔海棉狀,又稱為海綿鉛,在放電時(shí),鉛給出外線路電子形成 Pb+2 與溶液的硫酸根 結(jié)合生成硫酸鉛,充電時(shí),部分PbSO4首先溶解成Pb2+與SO4.Pb+2接受電子還原成鉛進(jìn)入負(fù)極活性物質(zhì)晶格。

　　( 三)電解液

　　硫酸是鉛酸蓄電池電解液中的重要原材料之一,市場上濃硫酸一般分為兩種:一種是工業(yè)用濃硫酸,純度較低,不適用于鉛酸蓄電池;另一種為純度較高的分析純,較適合于鉛酸蓄電池,硫酸的分子量為98,濃硫酸中硫酸含量為98%是無色透明油狀液體,具有很強(qiáng)的吸水性和腐蝕性,與水結(jié)合后,可放出大量的熱.所以在電解液配制過程中,一定要注意防護(hù),以免出現(xiàn)危險(xiǎn),配制時(shí),千萬不要把水加入濃硫酸中,而是將濃硫酸緩慢加入水中。鉛酸蓄電池電解液配制過程中,對水的要求較高,水中含雜質(zhì)的多少,直接影響電池的質(zhì)量.鉛蓄電池用水外觀是無色透明的,殘?jiān)繎?yīng)小于0.01%.一般檢驗(yàn)水的標(biāo)準(zhǔn)用電阻率(Ωcm)或電導(dǎo)率來表示,比較簡單的方法是:采用電阻率測量法:用數(shù)字式萬用表將檔位撥至20MΩ處,將萬用表兩只表筆相距1厘米,測出水的電阻阻值在5——10MΩ即可。

　　(四) 隔板

　　隔板也是鉛蓄電池主要組成部分之一,其質(zhì)量對電池影響很大,隔板的主要功能是防止電池正負(fù)極板短路,蓄電池中,對隔板的要求是:采用多孔質(zhì)隔板,允許電解液自由擴(kuò)散和離子遷移,要有比較小的電阻,隔板孔徑要小.空隙總面積要大,要防止脫落的活性物質(zhì) 到達(dá)對方的極板. 因此, 隔板的孔徑要小, 孔數(shù)要多。

　　二、電池修復(fù)過程中常用的名詞:

　　1.不可逆的硫酸鹽化

　　不可逆的硫酸鹽化,簡稱硫酸鹽化.鉛酸蓄電池在放電時(shí),正負(fù)極板都產(chǎn)生一種化合 即硫酸鉛,硫酸鉛是一種難溶于水,不導(dǎo)電的物質(zhì),在正常情況下,蓄電池在放電后形成的硫酸鉛結(jié)晶比較小,充電時(shí),在電的作用下,比較容易地溶解并還原成鉛.如果使用不當(dāng),常常充電不足、失水、過放電等.硫酸鉛就會形成粗大堅(jiān)硬的結(jié)晶體,這時(shí)就很難用一般的方法將其還原成鉛,所以被稱之為不可逆的硫酸鹽化,由于硫酸鹽化,一方面,它可以阻擋硫酸與其他活性物質(zhì)接觸并發(fā)生反應(yīng):另一方面,使活性物質(zhì)數(shù)量減少,它可引起蓄電池容易下降,嚴(yán)重時(shí)會造成蓄電池壽命終止.

　　2.活性物質(zhì)的脫落

　　在我們修復(fù)廢舊電池時(shí),有些電池加水修復(fù)后,從注水孔內(nèi)流出一些紅褐色液體.即為脫落的活性物質(zhì),活性物質(zhì)脫落原因有以下幾種解釋:1、電池受外力的影響,如振動,摔打等.2、α—PbO2.βPbO2變體模型.αPbO2是活性物質(zhì)骨架,當(dāng)電池在充放電時(shí),一部分α—PbO2轉(zhuǎn)化為β—PbO2從而導(dǎo)致軟化脫落.3、隨著循環(huán)進(jìn)行,活性物質(zhì)由無定性態(tài)逐漸晶形化,即結(jié)晶度增加,水化聚合物鏈數(shù)目減少,凝膠壓電阻增加,晶粒間電接觸惡化,該活性物質(zhì)脫落.4、還有人們認(rèn)為,隨著充電和放電的不斷進(jìn)行,活性物質(zhì)形成若干密集的團(tuán)塊,當(dāng)團(tuán)塊間缺乏足夠的連接時(shí),活性物質(zhì)就會脫落,電池失效.

　　3.電池的電壓

　　電池正負(fù)兩極的電勢差稱蓄電池的電壓,一般用萬用表來測量.在電池修復(fù)過程中,其電壓有三種表現(xiàn)形式:第一種叫空載電壓,又稱為開路電壓,就是電池即不充電又無負(fù)載的情況下測量到的電池電壓:第二種叫負(fù)載電壓,就是電池放電過程中某個(gè)時(shí)段所測量的電池電壓.第三種叫在線電壓,就是電池在充電過程中某一時(shí)刻所測量的電壓,了解三種電壓測量方法,對判斷電池是否斷路或短路;電池內(nèi)阻計(jì)算具有重要的意義.

　　4.蓄電池的容量

　　蓄電池的容量是衡量蓄電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo).一般用安時(shí)來表示.放電時(shí)間(小時(shí))與放電電流(安培)的總稱,即容量=放電時(shí)間×放電電流.電池的實(shí)際容量,取決于電池中活性物質(zhì)的多少和活性物質(zhì)的利用率.活性物質(zhì)是量越多,活性物質(zhì)利用率就越高,電池的容量也就越大.反之容量越小,影響電池容量的因素很多,常見的有以下幾種:

　　(1) 放電率對電池容量的影響

　　鉛蓄電池容量隨放電倍率的增大而降低,也就是說放電電流越大,計(jì)算出電池的容量就越小.比如一只10Ah的電池,用5A放電可以放2小時(shí),即5×2=10 ; 那么用10A放電只能放出47.4分鐘的電,合0.79小時(shí).其容量僅為10×0.79=7.9安時(shí).所以對于給定電池在不同時(shí)率下放電,將有不同的容量.我們在談到容量時(shí)必須知道放電的時(shí)率或倍率.簡單的講就是用多大的電流放電。

　　(2) 溫度對電池容量的影響

　　溫度對鉛酸蓄電池的容量影響較大,一般隨溫度降底,容量的下降,容量與溫度的關(guān)系如:

　　Ct1= Ct2/1+k(t1-t2 ).t1t2分別是電解液的溫度,k為容量的溫度系數(shù),Ct1溫度為t1時(shí)容量(Ah),Ct2是溫度為t2時(shí)的容量(Ah)在蓄電池生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中,一般要規(guī)定一個(gè)溫度為額定標(biāo)準(zhǔn)溫度,如規(guī)定t1為實(shí)際溫度,t2為標(biāo)準(zhǔn)溫度,(一般為25攝氏度) 負(fù)極板受低溫的影響要比正極板敏感.當(dāng)電解液溫度降低時(shí),電解液粘度增大,離子受到較大的阻力,擴(kuò)散能力下降,電解液電阻也增大,使電化學(xué)反應(yīng)阻力增加,一部分硫酸鉛不能正常轉(zhuǎn)化.充電接受能力下降,結(jié)果導(dǎo)致蓄電池容量下降.

　　(3)終止電壓對電池容量的影響

　　當(dāng)電池放電至某一個(gè)電壓值以后,產(chǎn)生電壓急劇下降,實(shí)際上所獲得的能量非常小,如果長期深放電,對電池的損害相當(dāng)大.所以必須在某一電壓值終止放電,該截止放電電壓叫放電終止電壓.設(shè)定放電終止電壓,對延長蓄電池使用壽命意義重大.一般我們所維修的電動車電池,電摩電池的放電終止電壓為每格1.75伏,也就是說一節(jié)12伏電池為6格,其放電終止電壓是6×1.75=10.5伏.

　　(4)極板的幾何尺寸對電池容量的影響

　　在活性物質(zhì)的量一定時(shí),與電解液直接接觸極板的幾何面積增加,電池容量的增加,所以極板的幾何尺寸,對電池容量的影響不可忽視.

　　①極板厚度對容量的影響

　　活性物質(zhì)的量一定,電池容量隨極板厚度的增加而減少,極板越厚,硫酸與活性物質(zhì)接觸面就越小,活性物質(zhì)的利用率越低,電池容量越小.

　　②極板高度對容量的影響

　　在電池中,極板的上下兩部分的活性物質(zhì)利用率存在著較大的差異,實(shí)驗(yàn)證實(shí),放電初期,極板上部比下部的電流密度大約高出2倍~~2.5倍,這種差別隨著放電時(shí)的推移逐漸減少,但上部要比下部的電流密度大.

　　③極板面積對容量的影響

　　活性物質(zhì)的量一定,極板幾何面積越大,活性物質(zhì)的利用率也越高,電池的容量越大.在電池殼體相同,活性物質(zhì)量不變情況下,采用薄極板增加極板片數(shù),也就是增加了極板的有效反應(yīng)面積 ,從而提高了活性物質(zhì)的利用率,增加了電池的容量.

　　5.鉛酸蓄電池的內(nèi)阻

　　蓄電池的內(nèi)阻是由蓄電池內(nèi)部物質(zhì)形成的電阻,蓄電池的內(nèi)阻只有在充放電時(shí)才能形成.它不是常數(shù),而是在充放電過程中隨時(shí)間的變化而變化的.我們平時(shí)所講的內(nèi)阻是某一時(shí)刻的總內(nèi)阻.它不僅包含了蓄電池的內(nèi)阻,而且還包含有極化的全電阻值。

　　就單電池而言,電池的內(nèi)阻很小,主要是由電解液,隔板和極板本身的電阻構(gòu)成.如果是電池組,單體電池之間的連接導(dǎo)線、極柱等都是構(gòu)成電阻的重要部分.計(jì)算電池內(nèi)阻可用以下方法:設(shè)空載電壓為V1,負(fù)載電壓為V2,則電池的內(nèi)阻為R=V1-V2/I.I是放電電流.必須注意的是第一:測量的全過程必須在10﹣-4秒內(nèi)完成,否則 測內(nèi)阻應(yīng)該包括極化時(shí)的全部電阻值,它是可以變化的。

　　6.鉛蓄電池的短路與斷路

　　在廢舊電池修復(fù)過程中,短路與斷路是判斷電池能否維修的關(guān)鍵.

　　蓄電池短路有外部和內(nèi)部之分,外部短路則是用導(dǎo)線將正負(fù)兩極連接起來,通常用這一“±”方法來判斷電池的好壞.內(nèi)部短路是指在電池內(nèi)部正、負(fù)極板是靠隔膜(隔板)把它們相互隔離的,一但隔膜受損,如隔膜老化,隔膜腐蝕等均可造成短路。蓄電池的斷路是指:整個(gè)電池回路中斷,要與斷格區(qū)分開來,斷格是極板部分脫離.斷路是電池?zé)o電壓電流,斷路一般是由于電池樁頭與極板完全脫離,或硫酸鉛嚴(yán)重包圍極板供電流不能正常通過.一般不多見,最常見的是短路,最常見的判斷電池短路的方法有三種：

　　第一種是用電壓表測量蓄電池電壓,如小于11.5伏,則該電池可能短路;

　　第二種是給蓄電池加水后,再測量其電壓,因?yàn)橛行╇姵赜捎趪?yán)重缺水,加水前,電壓可超過12伏.但加水后,由于隔膜軟化,極板吸水后膨脹,隔膜功能顯現(xiàn)出來,開路電壓反而小于11.5V;

　　第三種是充電時(shí),尤其是修復(fù)后電池電壓始終過不到15伏,也可判斷為短路.但要與硫酸濃度降低加以區(qū)分.后者在放電時(shí),電壓下降慢,加入濃硫酸后,電壓或容量可以恢復(fù)。

　　7.蓄電池的自放電

　　自放電指的是電池在不使用或在貯存間,出現(xiàn)容量下降的現(xiàn)象.也就是說的電池在無任何負(fù)載時(shí),由于自放電使容量損失。一般電池的自放電主要出現(xiàn)在負(fù)極,因?yàn)樨?fù)極活性物質(zhì)中多為比較活潑的金屬粉末,沖在溶液中比氫的電勢負(fù),容易發(fā)生置換氫氣的反應(yīng).如果在極板上存在比電勢低的金屬雜質(zhì).這些雜質(zhì)在極板活性物質(zhì)中形成了微小的腐蝕電池,引起負(fù)極金屬自容,并伴有氫氣板出,從而使容量減少。自放電的嚴(yán)重程度將直接影響電池質(zhì)量.一般用自放電率來表示其公式為:自放電率=Ca-Cb/CaT×100%其中,Ca為電池初始容量,Cb為放置后電池容量,T為放置時(shí)間.值得說明的是,當(dāng)自放電率為負(fù)值時(shí),說明貯存時(shí)間不長,電池處于容量增長期。