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        一種富液式鉛酸蓄電池內(nèi)化成工藝研究

        2014-02-27 02:11:48司鳳榮彭澎葉烽
        船電技術(shù) 2014年7期
        關(guān)鍵詞:制度

        司鳳榮,彭澎,葉烽

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        一種富液式鉛酸蓄電池內(nèi)化成工藝研究

        司鳳榮,彭澎,葉烽

        (武漢船用電力推進(jìn)研究所,武漢 430064)

        研究了一種富液式鉛酸電池內(nèi)化成工藝。試制了一批樣品電池,對(duì)四種內(nèi)化成制度和不同化成溫度進(jìn)行了試驗(yàn),并對(duì)正極添加劑進(jìn)行了篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:①內(nèi)化成制度Ⅳ最優(yōu);②如果電解液的溫度高于20℃,注液過(guò)程中或之后應(yīng)采取冷卻措施;③兩種正極添加劑均可提高正極化成效率,其中5#配方(添加5%四氧化三鉛)性能最優(yōu),化成效率相對(duì)空白樣品電池提高了13.5%左右。

        鉛酸蓄電池 內(nèi)化成

        0 引言

        鉛酸蓄電池的化成分為內(nèi)化成和外化成兩種。外化成是利用特制的化成槽配備稀硫酸電解液,利用化成充電機(jī)來(lái)完成極板的化成過(guò)程。內(nèi)化成是將固化干燥完的生極板組裝成蓄電池,注入電解液經(jīng)配組后進(jìn)行的充電化成方式。

        與外化成工藝相比,蓄電池內(nèi)化成工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,生產(chǎn)周期短、節(jié)能降耗、節(jié)約場(chǎng)地,工序少,不用購(gòu)置化成槽等設(shè)備。另外,內(nèi)化成工藝減少了廢水的處理,省去了防酸霧處理等設(shè)備,大大降低了極板制造成本。但內(nèi)化成比外化成更難徹底,特別是正極板化成效率低,電池容量受到限制。

        傳統(tǒng)富液式鉛酸蓄電池電池一般采用外化成工藝。本文探討了一種富液式鉛酸蓄電池的內(nèi)化成工藝,以縮短蓄電池化成時(shí)間,提高化成效率。

        1 試驗(yàn)

        1.1 樣品電池的制備

        按照合金配制、板柵及零件澆鑄、鉛粉制造、鉛膏制造、極板填涂、固化干燥、化成、裝配等工序試制2 V400 Ah樣品電池,每種正極鉛膏配方試制3只,7種配方共21只樣品電池,干態(tài)電池重量為(19.91~20.10)kg。電解液密度(1.250± 0.005)g/cm3(30℃),灌酸量5.6 kg/只。

        1.2試驗(yàn)內(nèi)容

        1.2.1化成制度的選擇

        內(nèi)化成制度分為六個(gè)階段,其中四個(gè)充電階段,兩個(gè)靜置加水階段,總化成時(shí)間60 h(見(jiàn)表1)。

        1-1#(化成制度Ⅰ)、1-3#(化成制度Ⅱ)、2-1#(化成制度Ⅰ)、2-3#(化成制度Ⅱ)、4-1#(化成制度Ⅲ)、4-3#(化成制度Ⅳ)、6-1#(化成制度Ⅲ)、6-3#(化成制度Ⅳ)樣品電池參加了化成制度試驗(yàn)。

        1.2.2電解液溫度確定

        由生極板組裝的蓄電池,當(dāng)注入硫酸水溶液后,在浸泡期內(nèi),電極上的鉛膏與硫酸將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。伴隨化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,蓄電池中硫酸溶液和濃度不斷下降,同時(shí)釋放出反應(yīng)熱。表現(xiàn)為蓄電池體系內(nèi)溫度升高。內(nèi)化成過(guò)程中電解液溫度容易超過(guò)45℃,高溫容易使負(fù)極添加劑分解,正極板疏松,活性物質(zhì)粒徑變大,反應(yīng)面積減小,影響電池容量及壽命。因此,在灌酸前將電解液降溫,配以循環(huán)水進(jìn)行冷卻,可確保蓄電池的溫度不會(huì)超過(guò)45℃,有效保證內(nèi)化成效率。

        3-1#、3-3#、5-1#、5-3#、7-1#、7-3#樣品電池參加電解液溫度試驗(yàn),均采用化成制度Ⅳ。

        1.2.3正極添加劑的選擇

        正極是鉛酸電池容量控制電極,要提高電池的比能量,必須設(shè)法提高正極活性物質(zhì)利用率。進(jìn)行蓄電池內(nèi)化時(shí),由于電解液濃度太高對(duì)活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化不利,內(nèi)化成使極板化成較難徹底,尤其是正極化成效率低,使蓄電池容量受到限制。因此,正極活性物質(zhì)中應(yīng)添加一定量合適的添加劑,以縮短化成時(shí)間,提高化成效率。在正極鉛膏中分別加入占鉛粉總質(zhì)量的3%、5%、8%的PbO2及5%、10%、15%的Pb3O4(見(jiàn)表2)。正、負(fù)極鉛膏為傳統(tǒng)配方。

        1-2#、2-2#、2-2#、3-2#、4-2#、5-2#、6-2#、7-2#樣品電池參加了正極添加劑篩選試驗(yàn),均采用化成制度Ⅳ。

        2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

        2.1 化成制度結(jié)果分析

        從表3可以看出,采用四種不同的化成制度后,樣品電池5 h率初容量總體差別不大。采用化成制度Ⅰ、Ⅱ的樣品電池初容量相當(dāng),而采用化成制度Ⅲ、Ⅳ的樣品電池初容量較化成制度Ⅰ、Ⅱ的高,同時(shí)采用化成制度Ⅳ的樣品電池較制度Ⅲ的初容量高,4#、6#兩種配方樣品電池采用化成制度Ⅳ的較制度Ⅲ的初容量占額定容量百分比分別高出1.2%、2.1%。因此化成制度Ⅳ最佳。

        2.2 電解液溫度分析

        圖1、2為3-1# 樣品電池電解液溫度、密度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)(自來(lái)水循環(huán)冷卻)。

        從圖2及表4可以看出,在有外部冷卻水(常溫自來(lái)水,20℃左右)的情況下,樣品電池實(shí)際最大溫升發(fā)生在灌酸的初期,為21.6~27.1℃。而根據(jù)理論計(jì)算,生極板中的PbO約有50%~60%與硫酸發(fā)生中和反應(yīng)。參加反應(yīng)的PbO的量與電解液溫升之間的關(guān)系,大體可以看成線(xiàn)性關(guān)系,即反應(yīng)的PbO每增加5%,溫度上升3℃。據(jù)此推算,樣品電池的溫升在沒(méi)有冷卻水的條件下為30~36℃左右。

        注:① 灌酸后靜置4 h;②0.35I5充電2 h;③0.95 I5充35 h;④靜置2 h加水650 mL;⑤0.95 I5充15 h;⑥靜置2 h補(bǔ)水500 mL;⑦0.95 I5充電4 h。

        因此,如果電解液的溫度高于20℃,注液過(guò)程中或之后應(yīng)采取冷卻措施,這樣才能保證注液后蓄電池4h內(nèi)溫度降低至45℃以下,不延誤化成開(kāi)始的時(shí)間。

        2.3 正極添加劑結(jié)果分析

        圖3為各樣品電池5h率放電鎘壓圖。

        表5為不同正極添加劑對(duì)應(yīng)的蓄電池的初容量。

        從圖3可以看出,5-2#~7-2#樣品電池正鎘壓相對(duì)較高,負(fù)極鎘壓與其它樣品電池相當(dāng),放電時(shí)電池電壓(正、負(fù)極鎘壓差)更高,放電時(shí)間更長(zhǎng)。從表7可以看出,2-2#~7-2#樣品電池5h率初容量均超過(guò)了1-2# 空白樣品電池,其中5-2#~7-2# 樣品電池的初容量均超過(guò)了額定容量的95%,5-2# 樣品電池的初容量達(dá)到額定容量的101.4%。表7為不同正極添加劑對(duì)應(yīng)的蓄電池內(nèi)化成后正極活性物質(zhì)分析結(jié)果,從表中也可以看出,2-2#~7-2#電池正極活性物質(zhì)已經(jīng)化成較徹底,均超過(guò)了空白樣品電池的75.26%。

        表6為不同正極添加劑對(duì)應(yīng)的蓄電池內(nèi)化成后正極活性物質(zhì)分析結(jié)果。

        試驗(yàn)表明,兩種添加劑均可提高正極化成效果。其中添加四氧化三鉛的效果更明顯,而5#配方性能最優(yōu),即正極添加5%的四氧化三鉛相對(duì)空白樣品電池內(nèi)化成效率提高了13.5%左右。

        3 結(jié)論

        1)內(nèi)化成制度Ⅳ最優(yōu),即0.35I5A充電2 h→ 0.95 I5A充電35 h→靜置2 h加水650 mL→0.95 I5A充電15 h→靜置2 h加水500 mL→0.95 I5A充電4 h??偦蓵r(shí)間60 h;2)在有外部冷卻水(常溫自來(lái)水)的情況下,內(nèi)化成過(guò)程中樣品電池最大溫升為21.6~27.1 ℃。

        因此,如果電解液的溫度高于20℃,注液過(guò)程中或之后應(yīng)采取冷卻措施,才能保證注液后蓄電池4 h內(nèi)溫度降低至45℃以下,不延誤化成開(kāi)始的時(shí)間;

        3)正極添加一定量的四氧化三鉛、二氧化鉛均可提高化成效率,其中添加5%四氧化三鉛性能最優(yōu),化成效率相對(duì)空白樣品電池提高了13.5%左右。從成本的角度考慮,添加四氧化三鉛也比二氧化鉛更便宜。

        [1] 劉廣林. 鉛酸蓄電池工藝學(xué)概論[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

        [2] 張?zhí)烊? 劉三元. 閥控密封鉛酸蓄電池內(nèi)化成充電方法探討[J], 電動(dòng)自行車(chē), 2011, (4): 22-23.

        [3] 魏杰, 林立. 閥控鉛酸蓄電池內(nèi)化成工藝[J]. 蓄電池, 2001, (3): 110-112.

        [4] 潘孝坤, 聞海山, 謝立宏. 深循環(huán)電動(dòng)助力車(chē)鉛酸蓄電池固化內(nèi)化成工藝[J]. 電池工藝, 2005, (1): 66-69.

        [5] 瞿進(jìn), 孫玉仁, 唐曉東, 高安等. 鉛酸蓄電池在內(nèi)化成期間失重的研究[J]. 蓄電池, 2011, (5): 218-222.

        Research on Container Formation of Lead-acid Battery

        Si Fengrong, Peng Peng, Ye Feng

        (Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion,Wuhan 430064, China)

        % PbO is the optimum, and the formation efficiency enhances 13.5% compared with the blank sample.

        TM912

        A

        1003-4862(2014)07-0019-03

        2013-07-30

        司鳳榮(1977-),女,高工。研究方向:化學(xué)電源。

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