鉛蓄電池のサイクル寿命分析

鉛蓄電池の寿命に影響を与える要因は、電池の構造、正と負のグリッド材料、正と負の活物質、セパレーター、電解質濃度など、電池の内部要因を含むさまざまであり、放電電流密度、温度、放電深度、メンテナンス条件、保管時間などの一連の外部要因。放電が深いほど、耐用年数は短くなります。過充電も寿命を縮めます。酸濃度が高くなると、バッテリーの寿命が短くなります。大容量鉛蓄電池の研究過程で、鉛スリップ短絡が電池性能の劣化や故障の重要な原因であることがわかりました。さらに、正のグリッドの腐食変形、正の活物質の脱落、軟化、不可逆的な硫酸化、および活物質へのセリウムの深刻な蓄積はすべて、バッテリーの寿命に影響を与える重要な要因です。

鉛蓄電池のサイクル寿命分析

ポジティブグリッドの腐食を防ぐために、多成分低タンタル合金が開発されました。このマルチアロイの耐食性は大幅に向上しています。負のグリッドは鉛メッキ銅で作られています。銅グリッドと活物質の重量比は1：3であり、リザーバーの比エネルギーが大幅に向上しています。また、銅グリッド負極の電気的性能が良好なため、充電受容能力が高く、電池の充電・放電サイクル寿命が長くなります。正および負の活物質に添加剤を加えると、活物質の利用率が高まり、耐用年数が長くなります。鉛フリー短絡を防止するため、総合的な短絡防止対策を講じています。高性能ボードとさまざまな新しい組み立てプロセスが使用されています。

鉛蓄電池の開発入門

鉛蓄電池は、1860年にガストロンプラントルによって最初に製造され、140年以上の歴史があります。過去100年間、科学技術の発展に伴い、鉛蓄電池のプロセス、構造、製造機械化、自動化が継続的に改善され、性能も継続的に改善されてきました。その優れた性能と価格比により、鉛蓄電池の製造と応用は、今日までさまざまな化学電源のトップにあります。アプリケーションには、車両、船舶、航空機、および電気通信を含む、電力、起動、緊急および作業電力が含まれます。システム、コンピューター、機器、その他の機器や設備、特に自動車用バッテリーや産業用バッテリーでは、鉛蓄電池が市場シェアの90％以上を占めており、絶対的な優位性があります。 121.元のValtaスタックは1800年に初めて登場しました。Gotti1801Rothは、いわゆる「二次電流」を観察しました。つまり、充電後に充電電流の方向と反対の電流を得ることができます。 Della・Weiweiは、1836年から1843年にかけて、硫酸溶液中の正極としてPb02の一次電池を研究しました。酸電池のいくつかの電極形態と主プロセスの製造プロセスは、1860年から1910年までの半世紀で徐々に決定されました。最初に登場したのは成形プレートでした。 1881年、フォアは最初に貼り付けられたプレートを提案しました。 Xielangは、最初にPb.sb合金鋳造グリッドを使用して、液体合金の流動性と固体状態での硬度を改善しました。 1924 Rレンダオジンはボールミルを発明し、電池の活物質として赤と黄色の粉末をボール粉末に置き換えました。負極活物質添加剤としてリグニンを使用することで、硫酸鉛の結晶が厚くなるのを効果的に防ぎ、電池の寿命を延ばしました。 1920年代に登場しました。 1950年代から1960年代までの20年間で、徐々に木製の仕切りに取って代わった、1940年代の微孔性ゴムセパレーター、樹脂紙セパレーター。鉛蓄電池は、製造プロセスにおいて大きな進歩を遂げました。プラスチックバッテリースロットとカバーを作るための硬質ゴムの交換。薄いプレートの使用と改善されたグリッド設計。始動バッテリー用の壁貫通溶接技術。低ねじれまたはねじれのない合金鋳造グリッドが一般的に使用されます。活物質利用率;乾電池の製造工程。 1970年代以降、各国はメンテナンスフリーの密閉型鉛蓄電池を精力的に開発してきました。基本的な理論では、物理学、特に電子工学の成果と手段が広く使用されています：安定した電位計器、走査型流速計、走査型電子顕微鏡、x。光線および中性子回折、核磁気共鳴および電子分光法などに加えて、回転ディスク電極およびメーター熱力学から電極動力学までの技術研究に焦点が当てられています。

鉛蓄電池の主な生産国は、米国、ヨーロッパ（英国、ドイツ、フランスなど）、日本などいくつかの先進国に分布しており、その総生産量は世界の総生産量の約70％を占めています。米国には、鉛蓄電池の世界最大の生産国であるEXIDE Technologies（年間世界売上高28億ドル）、およびJOHNSON、CONTROL、DEKA、DELPHIなどの他の非常に大規模な鉛蓄電池メーカーがあります。米国の鉛蓄電池の出力値は、世界全体の約20％を占めています。しかし、近年、技術や人件費などの変化に伴い、一部の鉛蓄電池会社は衰退を経験しています。鉛蓄電池の生産は、インド、東南アジアなど人件費の安い国に移管されています。ヨーロッパには、CHLORIDE、HOPPECKE、F1AMM、DETA、HAWKERなど、多くの大手鉛蓄電池メーカーがあります。ヨーロッパの鉛蓄電池は、世界で重要な役割を果たしており、技術をリードする鉛蓄電池が確立されています。サンシャイン（現在はEXIDEの子会社）などの酸蓄電池メーカー。 2001年のヨーロッパの鉛蓄電池の生産量は4,810万個で、2002年には4,910万個と推定されました。 2005年には5,180万人に達するでしょう。産業用電池については、2000年の予備電池は13万個、24Ah未満の密閉型電池は11万個、24Ah以上の密閉型電池は43万個でした。日本の鉛蓄電池の生産者には、主に湯浅電池株式会社、松下電池株式会社、古河電池株式会社、新神戸電気株式会社、日本電池（GS）が含まれます。 ）。関係者の統計によると、2002年の日本の鉛蓄電池の生産額は約11.6億米ドル、鉛蓄電池の始動電池は55.7％、工業用電池（固定鉛蓄電池）は）6.7％を占めました。少量の鉛蓄電池は8.0％を占め、もう1つは29.7％を占めています。 1990年代以降、二次電池の総出力値に占める鉛蓄電池の割合は約20％にとどまり、近年増加しています。

近年、中国の鉛蓄電池の性能が大幅に向上し、重量比と体積比のエネルギーが大幅に向上しています。メンテナンスが少なく、メンテナンスフリーのバルブ制御式密閉型鉛蓄電池が急速に成長しています。

鉛蓄電池の構造、組成、分類

鉛蓄電池の電気化学的表現は（1）PbIH2SO・IPb02（+）です。

鉛蓄電池の主な構造は、正極、負極、セパレーター、硫酸電解液、電池タンク、カバーで構成されています。正極と負極はそれぞれ極グループに溶接され、大容量バッテリーがバスバーから引き出されて極を形成します。鉛蓄電池に使用されている電解液は、一定濃度の硫酸電解液です。レインセパレーターの機能は、正極と負極を分離することです。それは電気絶縁体（ゴム、プラスチック、グラスファイバーなど）であり、硫酸腐食に耐性があり、耐酸化性があり、電解質とイオンが自由に通過するのに十分な多孔性と細孔サイズを持っています。タンク本体も電気絶縁体であり、耐酸性、耐温度性、機械的強度に優れています。一般的に、タンク本体には硬質ゴムまたはプラスチックが使用されます。

鉛蓄電池のサイクル寿命分析

1.2.1ポジティブ活物質

正極活物質は二酸化鉛です。 Pb02の結晶形はd--Pb02と0--Pb02です。硫酸溶液では、

Pb02電極反応は次のとおりです。

Pb02 + HS04 "+ 3H ++ 2e = PbS04 + 2H20

テストでは、B-Pb02の放電容量は常にa--Pb02の放電容量よりも大きいことが示されています。これは、?? B-Pb02の真の比表面積がQ--Pb02の比表面積よりも大きく、その表面での硫酸鉛の成長と拡散に直接影響し、活性物質の利用率に影響を与えるためです。充電と放電の間に、n--Pb02とB-Pb02は互いに変換され、主にa--Pb02は13--Pb02に変換されます。正極の充放電反応機構は、溶解析出機構と固相機構に分けられます。

正極の活物質の利用率を向上させるために、導電性添加剤、バリウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、ゼオライトなどの無機添加剤、有機添加剤、ポリマー添加剤など様々な添加剤が使用されている。 Wei Guolinは、BD添加剤がバッテリー容量を大幅に改善できると考えています。活物質の利用率を大幅に改善し、より多くの細孔を有する微細構造を形成することができ、それによって物質移動プロセスを改善し、正極の充電および放電性能を大幅に改善する。 BDとPIIの組み合わせにより、電池容量と正極活物質の利用率を大幅に向上させることができます。

Ramanthanll41の研究では、硫酸カルシウムが正の活物質に添加されて、高い放電率と低温でのバッテリー性能が向上することが示されています。正極活物質へのＲＳ０３Ｈの添加は、正極微細孔におけるＨ ＋の拡散条件を改善し、正極放電容量および正極活物質利用率を大幅に増加させる１１５］。 D.PavlovとN.CopkOVは、Pb、04と鉛粉末を混合し、高温硬化後に正極として4PbO・PbSO4ペーストを取得します。バッテリーのサイクル寿命は、活性物質aにより30％増加します。 Pb02の含有量はI "によって大幅に増加します。文書1171は、一般的な鉛ペースト組成物に過硫酸塩が添加された高性能正極板を紹介し、活物質は高い多孔性と比表面積を持ち、放電電力は少なくとも1です。 W / cm2。この材料の気孔率は55％、比表面積は少なくとも4 m2 / gです。文献[181]は、鉛ペーストにPbF2を添加し、バインダーとしてフルオロ樹脂ラテックスを添加することを提案していますが、硬化が必要であり、これは電池の高出力に有益です。活物質に炭素を添加しながら、プロピレンとプロピレンスチレンを使用することが提案されています。これは主にネットワークの形成に有益であり、多孔性を高めます。

1.2.6分類

鉛蓄電池は通常、3つの分類で使用されます。

1）目的別に分類

中国の鉛蓄電池製品は、用途に応じて分類されています。主に始動、固定、電力、その他の側面に分けられます。その中で、始動バッテリーは、主にさまざまな自動車、機関車、船舶の始動、および照明に使用されます。大電流で放電する必要があり、低温で始動でき、バッテリーの内部抵抗は小さく、正極板と負極板は薄くする必要があります。固定鉛蓄電池は、主にさまざまな大規模機器システムのバックアップ電源として使用され、プレートが厚く、電解液が薄く、耐用年数が長くなっています。パワーバッテリーは主にさまざまな電力システムに電力を供給し、長期および短期のパフォーマンス要件が優れています。

2）プレート構造による分類

主にペースト、チューブ、フォーメーションに分けられます。酸化鉛は、硫酸溶液で鉛ペーストに調整され、鉛合金で鋳造されたグリッド上にコーティングされ、乾燥されてペースト状のプレートに成形されます。スケルトンは鉛合金製で、スケルトンのアウターケーシングに繊維管を設け、活物質を充填しています。この電極板を管状板と呼びます。極板は純粋な鉛から鋳造され、フォーメーションと呼ばれます。

3）電解液と充電のメンテナンスによって分類

主に乾式放電電池、乾式充電電池、湿式充電電池、メンテナンスフリー、メンテナンスの少ない電池、バルブ制御密閉型電池に分けられます。

起電力、開回路電圧、動作電圧

バッテリーの起電力は、2つの電極の平衡電極電位の差です。バッテリーの起電力は、硫酸の濃度の関数です。バッテリーの開回路電圧は、外部回路に電流が流れていないときの電極間の電位差であり、一般に、バッテリーの充電状態に直接関係するバッテリーの起電力よりも小さくなります。バッテリの動作電圧は、放電電圧または負荷電圧とも呼ばれ、外部電流が存在する場合のバッテリの2つの極間の電位差を指します。バッテリー内部に電流を流すと、分極抵抗とオーム抵抗による抵抗を克服する必要があるため、動作電圧は常に開回路電圧よりも低くなります。バッテリーの放電が進むにつれて、正と負の活物質と硫酸が徐々に消費され、水の量が増加し、酸濃度が減少し、バッテリーの電圧が低下します。

鉛蓄電池の寿命

鉛蓄電池の耐用年数は、その重要な性能指標の1つです。バッテリーの寿命は一般的にサイクルで表されます。バッテリーは、サイクルと呼ばれる充電と放電を受けます。特定の充電および放電システムまたは動作モードでは、バッテリー容量が指定された値に低下する前にバッテリーが受けるサイクル数は、耐用年数、つまりバッテリー寿命と呼ばれます。人生は使用時間の観点からも表現できます。実際のアプリケーションでは、バッテリーの寿命には、ベンチテスト期間、想定期間、実際の使用時間など、主にバッテリーの使用方法によって決まるさまざまな表現があります。電池寿命に影響を与える要因には、電池の構造、グリッドの材料、活物質の性能などを含む電池の内部要因が含まれ、放電電流密度などの一連の外部要因にも依存します。温度、放電深度、メンテナンスステータス、保管時間。待つ。放電の深さが深いほど、耐用年数は短くなります。過充電も寿命を縮めます。バッテリーの寿命は温度の上昇とともに増加します。酸濃度が高くなると、バッテリーの寿命が短くなります。バッテリーの内部要因は、主に次の点でその耐用年数に影響を与えます。

リード短絡

大容量の鉛蓄電池の研究では、鉛スリップの短絡が電池の性能低下と最終的には故障の重要な原因であることがわかりました。電池のリサイクル時に、正極板と負極板の活物質と繊維添加剤が剥がれ、一部が固体になり、一部が電解液に溶解します。充放電プロセスが進むにつれて、溶解した物質が還元されて負極に沈殿し、未溶解の物質および添加剤も正極板および負極板および極性基の他の場所に沈殿する可能性があります。時間の経過とともに、バッテリーの充電と放電のサイクルが増加し、より多くの物質が堆積し、最終的には正極と負極が局所的に接続され、鉛短絡と呼ばれる微小短絡が発生します。短絡点は自己放電を増加させ、温度が上昇します。時間の経過とともに、リードの短絡面積が増加し、充電効率が大幅に低下し、バッテリー容量が減少し、水素発生量が増加します。また、局所的な高温により、セパレーターが焼け落ち、絶縁効果が失われ、正極と負極が一体となって構造が損傷し、機能が失われ、最終的にバッテリーの寿命が尽きる場合があります。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。