鉛酸蓄電池是1859年由普蘭特(Plante)發(fā)明的，至今已有一百五十年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學(xué)電源中一直占有優(yōu)良優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槠湓牧弦子讷@得，價(jià)格低廉，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。

到20世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性能。然而，開口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是充電末期水會(huì)分解為氫，氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護(hù)工作繁重；二是氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐蝕周圍設(shè)備，并污染環(huán)境，限制了電池的應(yīng)用。近二十年來，為了解決以上的兩個(gè)問題，世界各國(guó)競(jìng)相開發(fā)密封鉛酸蓄電池，希望實(shí)現(xiàn)電池的密封，獲得干凈的綠色能源。

1912年ThomasEdison發(fā)表磚利，提出在單體電池的上部空間使用鉑絲，在有電流通過時(shí)，鉑被加熱，成為氫、氧化合的催化劑，使析出的H2與O2重新化合，返回電解液中。但該磚利未能付諸實(shí)現(xiàn)：主要原因有如下三點(diǎn)，一是鉑催化劑很快失效；二是氣體不是按氫2氧1的化學(xué)計(jì)量數(shù)析出，電池內(nèi)部仍有氣體存在；三是存在爆炸的危險(xiǎn)。20世紀(jì)60年代，世界各大電池公司投入大量人力物力進(jìn)行開發(fā)。1969年，美國(guó)登月計(jì)劃實(shí)施，密封閥控鉛酸蓄電池和鎘鎳電池被列入月球車用動(dòng)力電源，*后鎘鎳電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得到迅速發(fā)展。隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展，VRLA電池在電信部門也得到了迅速推廣使用。1991年，英國(guó)電信部門對(duì)正在使用的VRLA電池進(jìn)行了檢查和測(cè)試，發(fā)現(xiàn)VRLA電池并不象廠商宣傳的那樣性能先進(jìn)穩(wěn)定可靠，電池出現(xiàn)了熱失控、燃燒和早期容量失效等現(xiàn)象，這引起了電池工業(yè)界的廣泛討論，并對(duì)VRLA電池的發(fā)展前途、容量監(jiān)測(cè)技術(shù)、熱失控和可靠性表示了疑問，此時(shí)，VRLA電池市場(chǎng)占有率還不到富液式電池的50％，原來提到的“密封免推護(hù)鉛酸電池”名稱正式被“VRLA電池”取代，原因是VRLA電池是一種還需要管理的電池，采用“免維護(hù)”容易引起誤解。針對(duì)這些問題，電池專家和生產(chǎn)廠家的技術(shù)員紛紛發(fā)表文章提出對(duì)策和看法，這些文章對(duì)VRLA電池的發(fā)展和推廣應(yīng)用起了很大的促進(jìn)作用。1992年，世界上VRLA電池用量在歐洲和美洲都大幅度增加，在亞洲國(guó)家電信部門提倡全部采用VRLA電池；1996年VRLA電池基本取代傳統(tǒng)的富液式電池，VRLA電池已經(jīng)得到了廣大用戶的認(rèn)可。

2閥控式鉛酸蓄電池的定義

閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為ValveRegulatedLeadAcidBattery(簡(jiǎn)稱VRLA電池)，其基本特點(diǎn)是密封結(jié)構(gòu)，使用期間不用加酸加水維護(hù)，不會(huì)漏酸，正確使用也不會(huì)向空氣中排放酸霧，單體電池的上部設(shè)有**閥，該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過一定壓力時(shí)，排氣閥自動(dòng)打開，排出氣體，防止因電池內(nèi)部壓力過大而引起電池殼體破裂或爆炸，待壓力達(dá)到平衡后自動(dòng)關(guān)閥，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。

3閥控式鉛酸蓄電池的分類

閥控式鉛酸蓄電池分為AGM和GEL（膠體）電池兩種，AGM采用吸附式玻璃纖維棉(AbsorbedGlassMat)作隔膜，電解液吸附在極板和隔膜中，貧液設(shè)計(jì)，電池內(nèi)無流動(dòng)的電解液,電池可以立放工作，也可以臥放工作；膠體（GEL）SiO2作凝固劑，電解液吸附在極板和膠體內(nèi)，一般立放工作。目前文獻(xiàn)和會(huì)議討論的VRLA電池除非特別指明，一般是指AGM電池。

4鉛酸電池的工作原理

4.1開口式鉛酸電池的工作原理

鉛酸電池是一種使用*廣泛的蓄電池，它以海綿狀的鉛作為負(fù)極，二氧化鉛作為正極，用硫酸水溶液作為電解液，它們共同參與電池的電化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)原理如下：

PbO2+2H++2HSO4-+Pb→2PbSO4+2H2O

從反應(yīng)原理可以看到，在放電時(shí)，正負(fù)極材料都與電解液中的硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛，正常情況下，所生成的硫酸鉛結(jié)構(gòu)疏松，并且其晶體非常細(xì)小，電化學(xué)活性很高，這種活性很高的硫酸鉛在充電時(shí)可以在電流作用下重新生成正極的二氧化鉛和負(fù)極的海綿狀鉛。通過這種穩(wěn)定的可逆過程，電池實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)存電能和釋放電能的作用。

放電時(shí)生成硫酸鉛的過程亦稱為“鹽化反應(yīng)”、“硫化反應(yīng)”，這種硫酸鹽生成后的一段時(shí)間內(nèi)活性很強(qiáng)。如果這段時(shí)間內(nèi)未充電，未能及時(shí)轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛和二氧化鉛。隨溫度下降，活性的硫酸鉛會(huì)再結(jié)晶成為顆粒較大的晶體。這種白色粗晶粒硫酸鉛導(dǎo)電性能很差，難溶解，充電時(shí)也不能再很容易地還原成海綿狀鉛和二氧化鉛，形成了不可逆的硫酸鹽化，嚴(yán)重時(shí)，這些結(jié)晶體附著在電極表面，阻擋了電解液與涂層活性物質(zhì)的反應(yīng)，造成內(nèi)阻增大，容量下降，電解液溫度過高，O2、H2溢出而失水，電極柵板變形，活性物質(zhì)脫落，單格電池短路或斷路等惡性循環(huán)發(fā)生。

4.2閥控式鉛酸電池的工作原理

電池充電過程中存在水分解反應(yīng)，當(dāng)正極充電到70％時(shí)，開始析出氧氣，負(fù)極充電到90％時(shí)開始析出氫氣。閥控式鉛酸蓄電池能在電池內(nèi)部對(duì)氧氣再?gòu)?fù)合利用，同時(shí)抑制氫氣的析出，克服了傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池的主要缺點(diǎn)。

閥控式鉛酸蓄電池采用負(fù)極活性物質(zhì)過量設(shè)計(jì)，正極在充電后期產(chǎn)生的氧氣通過空隙擴(kuò)散到負(fù)極，與負(fù)極海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)，使負(fù)極處于去極化狀態(tài)或充電不足狀態(tài)，達(dá)不到析氫過電位，所以負(fù)極不會(huì)由于充電而析出氫氣，電池失水量很小，故使用期間不需加酸加水維護(hù)。在閥控式鉛酸蓄電池中，負(fù)極起著雙重作用，即在充電末期或過充電時(shí)，一方面極板中的海綿狀鉛與正極產(chǎn)生的O2反應(yīng)而消耗氧氣，另一方面是極板中的硫酸鉛又要接受外電路傳輸來的電子進(jìn)行還原反應(yīng)，由硫酸鉛反應(yīng)成海綿狀鉛。在電池內(nèi)部，若要使氧的復(fù)合反應(yīng)能夠進(jìn)行，必須使氧氣從正極順暢的擴(kuò)散到負(fù)極。氧的移動(dòng)過程越容易，氧循環(huán)就越容易建立。在閥控式蓄電池內(nèi)部，氧以兩種方式傳輸：一是溶解在電解液中的方式，即通過在液相中的擴(kuò)散，到達(dá)負(fù)極表面；二是以氣相的形式擴(kuò)散到負(fù)極表面。傳統(tǒng)富液式電池中，氧的傳輸只能依賴于氧在正極區(qū)H2SO4溶液中溶解，然后依靠在液相中擴(kuò)散到負(fù)極。如果氧呈氣相在電極間直接通過開放的通道移動(dòng)，那么氧的遷移速率就比單靠液相中擴(kuò)散大得多。充電末期正極析出氧氣，在正極附近有輕微的過壓，而負(fù)極化合了氧，產(chǎn)生一輕微的真空，于是正、負(fù)間的壓差將推動(dòng)氣相氧經(jīng)過電極間的氣體通道向負(fù)極移動(dòng)。閥控式鉛蓄電池的設(shè)計(jì)提供了這種通道，從而使閥控式電池在浮充所要求的電壓范圍下工作，而不損失水。