部分充电状态（PSoC）下STECO铅酸电池（LAB）的失效模式

2部分充电状态（PSoC）下铅酸电池（LAB）的失效模式

一般来说，LAB的传统应用可以分为四种用户模式。(1) 在 UPS 应用中，LAB 在其使用寿命的大部分时间内都处于充满电状态，并且 LAB 很少面临放电。(2) 对于SLI应用，LAB放电以提供启动和点火的电流；因此，LAB经常面临低深度放电。(3)低速电动汽车的高放电深度(DoD)数小时的长充放电循环。（4）需要LAB在部分充电状态（PSoC）下工作的新兴应用，例如混合动力电动汽车和可再生能源发电的电网规模储能。

理论上，由于 Pb 负极和 PbO ₂正极固有的双硫酸盐相变机制，LAB 的功率性能有限且循环寿命短。( 1 )、(2 ) ] [ 27、28、29 ] 。

铅+H2所以4↔硫酸铅4+ 2H++ 2e-,Pb+H2SO4↔PbSO4+2H++2e−,
(1)
氧化铅2+ 2H++H2所以4↔硫酸铅4+ 2H2奥。PbO2+2H++H2SO4↔PbSO4+2H2O.
(2)

由于PbSO _{4的密度比Pb和PbO 2}低得多，分别为6.29、11.34和9.38g cm ^-3，因此LAB的电极板在放电过程中不可避免地膨胀。重复的充电和放电循环导致活性材料体积的变化和电极（尤其是PbO ₂）性能的下降。在大多数传统应用中，LAB 在完全充放电和浮充状态下运行，这意味着正极的活性材料 (PbO ₂）和负极（Pb）不断充电。二十世纪，LAB面临的主要挑战是其在HEV和可再生能源存储中的应用，其中LAB需要在PSoC下运行[ 7 , 30 ]，以及其他新兴应用，其中LAB无法通过常规方法充满电[ 31 ]。PSoC 工作意味着 LAB 在其整个运行寿命期间未充满电。此外，PSoC 可保证 LAB 具有足够的充电和放电功率（图 2a），并且可以在混合动力汽车应用中通过意外收获制动能量进行充电（图 2 ）b). 最重要的是，对清洁和可持续能源的需求阻碍了全球许多国家为未来绿色电网开发可再生能源（图 2c）。可再生能源（如太阳能、风能和潮汐）的发电是瞬态和偶然的，其中电池在将瞬态电能转化为高度稳定的电能方面发挥着越来越重要的作用，这意味着LAB和LAB模块（图2d  ）将在 PSoC 条件下运行（图 2 e）[国际电工委员会 (IEC) 61427：可再生能源存储用二次电池和电池组 — 一般要求和测试方法 — 第 1 部分：光伏离网应用]。

铅酸蓄电池的失效模式

 

由于极板的种类、制造条件、使用方法有差异，最终导致蓄电池失效的原因各异。归纳起来，铅酸蓄电池的失效有下述几种情况：

 

1、正极板的腐蚀变型

 

目前生产上使用的合金有3类：传统的铅锑合金，锑的含量在4％～7％质量分数；低锑或超低锑合金，锑的含量在2％质量分数或者低于1％质量分数，含有锡、铜、镉、硫等变型晶剂；铅钙系列，实际为铅钙－锡－铝四元合金，钙的含量在0.06%～0.1%质量分数。上述合金铸成的正极板栅，在蓄电池充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致丧失支撑活性物质的用途而使电池失效；或者由于二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金出现应力，使板栅长大变形，这种变形超过4％时将使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落，或在汇流排处短路。

 

2、正极板活性物质脱落、软化。

 

除板栅长大引起活性物质脱落之外，随着充放电反复进行，二氧化铅颗粒之间的结合也松弛，软化，从板栅上脱落下来。板栅的制造、装配的松紧和充放电条件等一系列因素，都对正极板活性物质的软化、脱落有影响。

 

3、不可逆硫酸盐化

 

蓄电池过放电并且长期在放电状态下贮存时，其负极将形成一种粗大的、难以接受充电的硫酸铅结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸盐化，尚可用一些方法使它恢复，严重时，则电极失效，充不进电。