通信用蓄电池失效原因分析及修复技术研究
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摘 要：在通信行业中，阀控铅酸蓄电池使用量最大，其为通信网络的正常运行提供保障，该蓄电池的设计使用寿命通常为8年，但在实际应用过程中蓄电池受到各种因素的影响使用寿命以及使用效果低于设计寿命，即蓄电池失效。该文以通信用蓄电池为研究对象，对蓄电池的失效原因以及修复技术进行研究，以期为增加蓄电池使用寿命提供经验参考。
关键词：通信;蓄电池;失效原因;修复技术
中图分类号：TM912 文献标志码：A
0 引言
一般来说，蓄电池失效的主要表现形式为：蓄电池容量降低快、使用寿命缩水、单体一致性以及充放电效果不良，蓄电池失效问题不仅严重影响了通信网络的正常运营，还会增加蓄电池的维护成本。统计资料显示，造成通信用蓄电池失效的大部分原因是蓄电池出现硫化以及失水，所以如何解决蓄电池硫化问题，找出一种保证蓄电池一致性的蓄电池修复技术成为当下很多专家学者研究的重点课题。
1 蓄电池技术原理
通信领域中，阀控铅酸蓄电池一般用作备用电源系统，其设计寿命通常为3-8年，但在实际使用中其实际寿命一般只有3年-5年。蓄电池在使用过程中会因为受到外供电质量、蓄电池工作环境以及维护手段的影响而出现寿命缩水情况，结合作者自身工作经验来看，造成蓄电池失效的原因主要包括板栅的腐蚀脱落、极板活性物质软化脱落以及不可逆硫酸盐化。从蓄电池充放电中发生的化学反应过程中来看，蓄电池充放电的实质是PbO2、Pb与PbSO4之间相互转化的可逆化学过程。放电时，电池的正、负极板活性物（PbO2、Pb）和电池中H2SO4接触转化为PbSO4 晶体，该晶体结构疏松且电化学活性较高，包裹在电池两极，电池充电时通过还原反应在电池正极生成PbO2，在负极则还原生成海绵状铅。蓄电池在使用过程中，因为存在较多的欠充电或过充电，造成蓄电池负极出现大量PbSO4，因为PbSO4的分子结构紧密且坚硬，不易溶解，所以PbSO4会将电池正、负极板包裹，使整个电池极板与电解液（H2SO4）接触面积减小，利用传统方法极难将PbSO4还原为铅。
2 通信用蓄电池失效原因分析
2.1 正极板栅腐蚀
正极板栅腐蚀是导致铅酸蓄电池失效的重要因素。通常，板栅因为处于强酸条件下，在高电位工作环境下其热力学稳定性较差，随着蓄电池使用时间的增长，正极板栅不可避免地发生氧化腐蚀。一般正极板栅表面会由于铅作用，被一层致密氧化膜包裹。该氧化膜可以降低电解液和板栅合金接触面积，进而降低了板栅腐蚀速度，达到增加蓄电池使用寿命目的。就目前而言，许多大铅酸蓄电池采用的是四元Pb-Ca-Sn-Al合金正极板栅，该四元合计板栅结构的优点在于电池析氢过电位较高，可以直接阻止电池浮充时气体的析出，维护性能更高。尽管在目前，Pb-Ca-Sn-Al合金在蓄电池中应用较为广泛，但该形式合金的抗腐蚀性能和抗蠕变性能仍然不能满足需求，而且在长时间使用后极易发生穿透性裂纹腐蚀，造成板栅机械强度降低、电阻增大，最终导致电池失效。此外，除板栅合金成分外，板栅的结构设计、电解液浓度、环境条件以及浮充电压等因素也是造成阀控铅酸蓄电池正极板栅腐蚀的重要原因。
2.2 正极活性物质软化
蓄电池在进行充放电的过程中，正极活性物质的结构会随着电池使用时间的增长而发生结构性破坏，降低活性物质和板栅间结合力，导致活性物质脱落。蓄电池内部的正极活性物质成分复杂，一般常将正极活性物质当成一凝胶-晶体结构物质，该结构物质最小单元是由α-PbO2/β-PbO2晶体区和PbO2-PbO（OH）2凝胶区共同构成。在正常情况下，这两部分晶体与区域胶凝结构处于平衡，但由于蓄电池在长时间使用后其内部晶体和胶凝结构平衡被打破，则结合力较差晶体区域面积增加，活性物质单元之间结合力降低，最终造成正极活性物质软化脱落，电池失效。
2.3 不可逆硫酸盐化
阀控铅酸蓄电池负极活性物质主要为海绵状铅，当蓄电池放电时内部的Pb通过化学反应转变为PbSO4，而在充电时PbSO4重新转变为Pb，但蓄电池长时间深放电、欠充电状态下电池负极周围包裹的PbSO4晶体因为不能完全通过反应转化为Pb，则剩余的晶体在一系列的溶解-沉积过程后晶核不断变大，颗粒粗度不断变大，晶核PbSO4晶体因为溶解度小、化学性差不再参与化学反应，即前文所述的不可逆硫酸盐化。在电池负极产生的失效大块不可溶PbSO4晶体会造成电池活性物质减少，且极易造成负极板表面出现富集，出现致密层，进而导致电解液进入，最终导致电池极板内部活性物质无法参与化学反应而造成电池极化。
3 通信用蓄电池失效的修复技术
3.1 正极板强化剂
如前文所述，极板软化、脱落是造成电池寿命缩水的重要原因，因此该单位通过提供一种极板强化剂，来强化软化极板。该强化剂呈现弱堿性，因此，蓄电池在放电后加入蓄电池内可在极板活性物周围形成一种弱碱环境，进而在蓄电池充电时电流辅助下提高活性物中α氧化铅的产生效率，最终达到强化极板的目的，此外，因为该极板强化剂内具有一定的铋等物质，可以显著增强电池极板的导电性，提升蓄电池的使用寿命。
3.2 修复设备
修复设备具有对蓄电池电压温度等数据的自动收集、存储和输出功能，将收集到的数据传输至单片机，根据既定的程序对蓄电池进行自动修复。其中，修复设备包括单正脉冲与双正负脉冲电源，能够产生高频脉冲将粗大PbSO4晶体击穿，使PbSO4晶体和激活剂接触充分，进而在蓄电池充电时电流辅助下提高活性物中α氧化铅的产生效率。
3.3 修复工艺
对报废铅酸蓄电池全方位立体的修复技术，主要特点在于要注重整个电池组的均衡性而不仅是单体性能，注重蓄电池全面性能而不仅是容量。
该单位采用“3充2放”的工艺流程，根据单体压差、内阻、电导值等，进行5次严格的动态拚组，有效地确保整租性能和使用寿命。
修复产品的特点针对不同电池的特性制定独特的修复工艺，通过对修复过程中电流、电压、时间、温度和电解液比得等因素的控制，达到既有效强化正极板，又不伤害电池的最佳效果。
蓄电池修复是一项技术含量较高、综合性较强的技术领域，各修复厂家修复过程看上去类似，但是实质上可能存在很大差异。修复技术的完善程度不太容易直观的鉴别修复蓄电池的效果也需要一段时间的检验，所以修复技术需要通过权威机构的认证和大量长期的实际应用的检验。
4 结论
随着科学水平的不断提升，蓄电池修复技术也在实践中不断发展，相信在不久的将来，蓄电池修复技术在改善生态环境和推进资源节约循环利用方面必将发挥更大作用。
参考文献
[1]刘巍.中国铅酸蓄电池行业清洁生产和铅元素流研究[D].北京：清华大学，2016.
[2]白云光.铅酸蓄电池脉冲快速充电过程优化及硫化故障的研究[D].辽宁：东北大学，2014.
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