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银锌电池寿命短的原因

本站为您提供的银锌电池寿命短的原因,银锌蓄电池是一种碱性蓄电池,突出优点是体积小、重量轻、容量大。例如15XYG-45型银锌蓄电池的重量只有12HK-28型电池的60%,而容量则为它的1.7倍。银锌蓄电池还有放电电压平稳和自放电小等优点,银锌蓄电池的缺点是寿命短,容易产生内部短路故障,而且造价很高。

银锌蓄电池是一种碱性蓄电池,杰出长处是体积小、分量轻、容量大。例如15XYG-45型银锌蓄电池的分量只要12HK-28型电池的60%,而容量则为它的1.7倍。银锌蓄电池还有放电电压平稳和自放电小等长处,银锌蓄电池的缺陷是寿数短,简单发作内部短路毛病,并且造价很高。

这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的设备,在每一对银片和锌片之间,用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板离隔。银片和锌片是两种不同的金属,盐水或其他导电溶液作为电解液,它们构成了电流回路。这是一种比较原始的电池,是由许多银锌电池衔接而成的电池组。

通过了200多年的更迭,银锌蓄电池至今依然出现在咱们的手表、核算器等低耗电设备中。已然银锌蓄电池有那么长远的前史,为什么至今才被当作锂电池最有期望的接班人推出?其实自面世以来,民用的银锌电池就只能供给较低的电压和电流,电池容量也恰当小。一般的锌银电池的正极是氧化汞加石墨,或者是氧化银加石墨,负极资料是金属锌,电解质是强碱氢氧化钾。一般银锌电池功能安稳,不行充电,占有了扣子电池商场的半壁河山。在上世纪七十年代,人们才开发出了银锌蓄电池。银锌蓄电池正极选用Ag2O2+2H2O+4e→2Ag+4OH-,负极选用2Zn+4OH-→2Zn(OH)2+4e,能够具有极高的电容量和安稳的电池功能。大容量银锌蓄电池价格惊人,在当今的航天飞机、导弹、鱼雷等顶级范畴才干找到大容量银锌蓄电池的身影。

锌银电池具有比功率大、比能量高、放电电压平稳、技能老练、可靠性高和安全性好的长处J。从现在出产和运用的状况来看,长时刻干态储存带来的首要影响是下降了电池的电功能,包含作业电压偏低及放电容量减小。

通过剖析有关锌银电池干态储存寿数的报导,总结出影响锌银电池干态储存寿数的要素首要有:化成后极片的清洗、极片的烘干、电池组干态储存环境温度、极片容量规划的裕度、电池组干态储存环境湿度及正极片中银网骨架的腐蚀等。

相关研讨报导的成果均显现:正极中的氧化银(AgO)缓慢分化是电池功能下降的首要原因,影响AgO分化速率的首要要素是储存的环境温度。

本文作者通过试验,剖析、介绍极片清洗、化成枯燥、干态储存环境温度和规划容量裕度等要素对锌银电池干态储存功能的影响,总结研发具有长时刻干态储存寿数锌银电池需考虑的要素。

1极片清洗

锌银电池运用的化成液为KOH溶液。假如极片中残留有KOH,负极中的活性锌粉在长时刻放置过程中,或许与KOH发作反响,终究下降极片的容量,影响电池组的干态储存寿数和运用可靠性。极片在化成完毕后,需进行完全的清洗,才有利于进步锌银电池的干态储存功能。

为了查核现有清洗工艺能否满意锌银电池组的干态储存要求,称取克己的25Ah锌银电池电极中的正、负极活性资料各5g,正极资料为银的氧化物,首要成分为过氧化银(Ago)和氧化银(Ag20),负极资料首要为zn粉。正负极资料破坏后,别离浸泡在50IIll去离子水中,拌和后,静置2h,在室温下用$470型pH计(瑞士产)丈量溶液的pH值。

测验成果表明:浸泡正、负极活性资料的溶液,pH值别离为7.45、7.83,试验用去离子水的pH值为7.19。浸泡两种活性资料的溶液,pH值均接近于7,达到了工艺目标pH值在7.0—8.0的要求,但仍高于所用去离子水自身的pH值。

2化成枯燥

极片枯燥得不行充沛,会下降其吸收电解液的才能,一起,会在长时刻放置过程中,引起电极资料的缓慢腐蚀,终究导致电池失效J,严峻影响锌银电池的干态储存功能和运用可靠性。

现在,锌银电池正极片的枯燥工艺是:将清洗好的正极片置于恒温箱中,于50℃鼓风枯燥,枯燥约10h后,取2片正极片进行称重,随后每隔1h对这2片正极片进行称重,直至前后两次称得的质量不再改变停止。

负极片枯燥工艺是:将箱式电阻炉调至约220℃,用烘片夹夹住负极片,放入炉膛内,每隔几分钟交流夹子的方位,一起,调查负极片的枯燥状况。当翻开炉门检查到水蒸气量较少时,加快替换夹子方位的频率,直至完全枯燥,枯燥总时刻不超越2h。

2.1现有千燥工艺制造极片的查核

为了查核现有枯燥工艺对极片的枯燥程度,用TGA/DSC3+型热重剖析仪(瑞士产)对锌银电池的正、负极活性资料进行热重剖析,研讨资料质量随温度升高的改变状况。测验条件:温度规模为室温~120℃;升温速度为5℃/min;负极活性资料测验时,运用N:作为维护气氛。

为了剖析得更明晰,仅对50—120℃的数据进行剖析。取出产线上新制造的25Ah锌银电池极片的正、负极活性资料进行热重剖析,成果见图1。

银锌电池寿数短的原因

从图1可知,跟着温度的升高,正极活性资料的质量削减。在升温至120℃的过程中,质量呈线性削减的趋势,至120℃时,质量约削减1.25%。在试验温度规模内,还不会引起正极活性资猜中Ago的分化,因而能够为,正极质量的丢失首要是水分丢失所形成的。

在升温至120℃的过程中,跟着温度的升高,负极活性资料质量改变杂乱,但在约100℃时,质量较安稳,此刻质量削减约为0.18%。这阐明现有工艺制造的负极活性资料,水分含量较少,只要0.18%。当温度由110℃升温至120℃的过程中,质量又有所添加,或许是因为所用的维护气N:中含有痕量的O,氧化了锌粉引起的。

2.2改进枯燥工艺制造极片的查核

在现有的枯燥工艺基础上,运用真空枯燥技能,并查核改进枯燥工艺对极片枯燥程度的影响。

将现有枯燥工艺制造的极片放入真空枯燥箱中,进一步枯燥。正、负极片别离在50℃、90℃下真空(真空度约为一0.09MPa)枯燥12h,然后对正、负极活性资料进行热重剖析,成果见图2。

银锌电池寿数短的原因

从图2可知,跟着温度的升高,正极活性资料质量呈削减的趋势。当温度升至75℃时,质量削减了约0.15%。这部分丢失的质量,首要是由资料外表吸附水的脱附引起的;一起还可发现:当温度从75℃升至120℃时,质量改变不大,阐明正极活性资料本体内部几乎没有水分。

当温度升至7O℃时,跟着温度的升高,负极活性资料的质量削减;并在70—9O℃时,质量根本安稳,此刻的质量丢失约为0.16%,阐明经真空枯燥的负极活性资料,水分含量为0.16%。当温度从90℃升至120℃的过程中,质量又有所添加,或许也是因为所用的维护气N:中含有痕量的O:,氧化了锌粉引起的。

比照图1和图2可知,通过真空枯燥后的正极资料水分含量较没有通过真空枯燥的资料水分含量下降了约88%。由此可见,现在运用的正极枯燥工艺结合真空枯燥工艺,枯燥的正极片水分含量更低,枯燥得更完全;而真空枯燥技能对负极片的效果不大。

3干态储存环境温度

锌银电池正、负极活性资料的含量及活性的下降,都能够导致电池容量的减小。锌银电池正极活性资料Ago在热力学上不安稳,长时刻干态放置期间会发作式(1)所示的分化衰变,下降电池的容量。4AgO一2Ag20+02t(1)

关于锌银电池负极活性资料金属zn来说,长时刻的放置简单被正极分化发作的氧气氧化;氧气的耗费进一步添加了正极AsO的分化速率。

将克己的25Ah锌银电池在80℃下储存1600h,再用BT-2000多功能电池测验体系(美国产)测验电池。以125A在1.083~1.224V内测验电池的恒流放电功能,并调查储存环境温度对电池功能的影响。将电池在低温(一54℃)下坚持2h,然后以20~C/h的速率(下同)升温至高温(71℃)下坚持14h,循环2O次,再测验以125A在1.016~1.179V恒流放电的功能,进行加快储存寿数试验。试验的成果见图3。

银锌电池寿数短的原因

从图3可知,在80℃下储存1600h后的锌银电池,放电功能好于凹凸温循环的条件下储存20d的电池,阐明锌银电池长时刻干态储存功能不只受储存环境温度凹凸的影响,还受温度动摇状况的影响。

锌银电池在较低温度下恒温储存,更有利于电池的干态储存功能。

4电池规划容量裕度

增大锌银电池活性资料的总运用量,进步电池规划容量的裕度,可增强锌银电池反抗功能衰减的才能。电池通过长时刻干态储存后,正极活性资猜中AgO的肯定含量进步,可改进电池的运用功能。

以克己的高功率型45Ah锌银电池为例,单体极片的参数见表1。表145Ah锌银电池单体极片规划参数

银锌电池寿数短的原因

从表1数据核算可知,参数更改后,电池的规划容量较更改前添加了12.5%,即标称容量由45Ah增至50Ah。

用更改参数后制造的50Ah单体电池在71℃下储存28d进行加快储存寿数试验,以180A恒流放电,在放电开始以360A脉冲放电,随后每隔180S进行1次340A脉冲放电,脉宽均为100ms;一起,将干态储存8a的更改参数之前制造的45Ah锌银电池按相同的准则放电。初次放电曲线见图4。

银锌电池寿数短的原因

从图4可知,添加裕度规划的电池通过加快(在7l℃下储存28d)后,恒流放电的作业电压依旧高于原规划、干态储存8a的电池,且恒流作业电压均高于1.20V,满意下限电压1.188V的要求。脉冲电流对电池脉冲放电电压的影响见表2。

银锌电池寿数短的原因

从图4和表2可知,增大规划容量裕度至50Ah的锌银电池,通过加快储存寿数试验后,仍坚持杰出的功能,初次放电的各项目标均满意运用要求。这阐明增大锌银电池容量规划的裕度,有利于延伸电池的干态储存寿数。

5其他影响要素

5.1干态储存环境湿度电池在长时刻干态储存过程中,储存环境的湿度也会影响锌银电池的干态储存功能。现在,锌银电池干态储存的环境湿度规模为0—70%。

为了查核现有储存环境湿度条件对极片储存影响的状况,对干态储存11a的锌银电池的正、负极活性资料进行热重剖析,研讨电极资料通过长时刻储存后湿度的改变状况,成果如图5所示。

银锌电池寿数短的原因

从图5可知,千态储存了11a的正极活性资料,质量下降了大约2.28%,比照新制造正极活性资料下降值的1.25%,有所增大。干态储存了11a的负极活性资料,质量下降大约为4.05%,高于新制造的负极活性资料的下降值0.18%,即电池在11a的干态储存过程中,负极片吸收了较多的水分。

比照图1、图5的成果可知,通过11a干态储存后,锌银电池正、负极活性资料对水分的吸收量均有所增大。化成枯燥后的负极片,水分含量只要0.18%左右;而通过11a储存后,水分含量增大到4.o5%左右,增大了20多倍。正极片通过11a储存后水分增大了近1倍。由此可见,通过11a干态储存的锌银电池,极片中水分的含量较新制造的极片均有不同程度的添加,负极片因为多孔、疏松的结构,对水分的吸收更严峻。需求通过进步锌银电池的单体密封性和下降干态储存环境的湿度,对此加以操控。

5.2正极银网骨架腐蚀

银网骨架在极片中既起到集流的效果,又能够支撑极片的强度。银网骨架的腐蚀,对锌银电池运用带来的损害很大,或许会影响电池的循环功能及环境力学功能,终究导致电池组难以满意运用要求,然后作废。

在研讨长时刻储存锌银电池功能衰减的试验中,发现通过12a以上、长时刻储存的锌银电池,正极片不同程度地丧失了机械强度。通过调查发现:正极片的银网骨架变脆,失去了金属的物理功能,外表呈黑褐色。形成正极片中银网骨架功能变差的首要原因,或许是正极片中银骨架周围富集的二价银(AgO)与银骨架发作式(2)所示的反响J:

2AsO+2Ag-+2A0(2)

按式(3)核算吉布斯自由能

AG:AG=一n·F·E(3)

式(3)中:n为化学计量反响式中的电子数目,此处为1;F为法拉第常数;为规范电位,此处为AgO/Ag20电对的规范电位0.607V。

核算可知,式(2)的AG=一58.6kJ/mol。AG《0,阐明该反响可自发进行,即该反响在锌银电池正极片中是或许发作的。

式(2)的反响仅仅一种固一固界面反响。当反响发作到银网骨架外表,生成一层细密的AgO氧化层后,该氧化层阻挠了反响物之间的触摸,反响就会停止。可对化成方法进行改进,优化改进极片中AgO的生成方位和状况,削减银网骨架周围AgO的含量,或恰当增大银网的厚度,补偿反响丢失耗费的部分,坚持银网骨架杰出的强度和导电性。

6小结

结合现有的电池组制造工艺及干态储存的环境条件,对影响锌银电池干态储存寿数的要素进行剖析。

现有的化成清洗工艺根本可满意锌银电池组现有的出产和运用需求,若极片清洗更完全,更有利于延伸锌银电池的干态储存寿数。

经现有的正极片枯燥工艺枯燥后,正极片水分含量约为1.25%,结合真空枯燥极片技能,可将正极片中水分的含量下降至0.15%,削减88%,有利于进步锌银电池的干态储存功能;

现有的负极片枯燥工艺可较为完全地去除负极片中的水分,负极片的水分含量只要0.18%。

锌银电池在较低的温度下进行恒温储存或减小储存时温度的动摇规模,能进步锌银电池组的干态储存功能。

增大初始规划的容量裕度,有利于延伸锌银电池的干态储存寿数,增大初始规划容量裕度12.5%的锌银电池,可满意干态储存8a的要求;进步密封功能,也可下降电池单体内部水分的含量,有利于延伸锌银电池的干态储存寿数。

锌银电池在干态储存过程中,需求考虑正极活性资料Ago与银网骨架的氧化反响。

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