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蓄电池铅合金

/lead alloys for lead-acid battries/
条目作者曹国庆

曹国庆

最后更新 2022-01-20
浏览 188
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用于铅蓄电池的铅合金。

英文名称
lead alloys for lead-acid battries
所属学科
材料科学与工程

铅蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、壳体和电极端柱等组成,其放电反应是由正极活性物质(二氧化铅)和负极活性物质(海绵状纯铅),在电解液(稀硫酸溶液)的作用下放电。铅蓄电池广泛应用于机动车辆、通信、电力、新能源系统储能、船舶等领域。

铅蓄电池极板板栅的栅架采用铅合金制造,传统型铅蓄电池板栅合金采用铅锑砷合金,免维护铅蓄电池采用低锑合金,密封型铅蓄电池采用铅钙锡铝合金。评价板栅用铅合金主要指标包括铅合金组分与结构、硬度与应力,抗拉强度,抗蠕变性能,腐蚀界面特点,电池循环寿命性能等。

常用的蓄电池用铅合金为铅锑合金、铅钙合金和新型炭材料铅合金。

铅锑合金通常含锑3.5%~6%(质量分数),抗拉强度、延展性、硬度及晶粒强化作用明显优于纯铅。铅锑合金存在的缺陷为电阻大于纯铅,锑的存在降低氢在负极上析出的超电势,也降低了氧在正极析出的超电势,使水的分解电压下降,充电时水易分解,存放时增加电池的自放电。铅锑合金正极板栅腐蚀和变形导致终止电池使用寿命。常用的合金有①铅锑砷合金,常用组成为Pb+Sb(3.5%~6%)+As(0.1%~0.15%);②铅锑砷锡合金,常用组成为Pb+Sb(3.5%~6%)+As(0.1%~0.15%)+Sn(0.05%~0.5%));③铅锑砷铜合金,典型组成为Pb+Sb(6%)+As(0.2%)+Cu(0.09%);④铅锑镉合金,典型组成为Pb+Sb(1.0%~2.0%)+Cd(1.5%~2.0%)。含镉合金结构致密,呈均匀腐蚀,具有高的析氢电势,析气失水情况优于铅锑合金,电池循环性能好,适用于牵引或动力型铅蓄电池板栅。但该类合金因含镉,存在镉污染风险,已被淘汰。

该合金典型组成为Pb+Ca(0.03%~0.04%),晶粒尺寸较大,耐腐蚀性能好,电阻较小。析氢超电势高,具有更低析气率,由此水的分解减少,具有较好的免维护性。其缺点是该合金板栅合金抗蠕变性能差,板栅制造中钙易发生氧化,钙损耗大,铅渣多。板栅合金界面氧化层降低电池循环充放性能。常用的合金有:①铅钙锡铝合金,典型组成为Pb+Ca(0.03%~0.04%)+Sn(0.3%~0.8%)+Al(0.01%~0.03%);②铅钙稀土合金,添加稀土能使铅合金的硫化物变成球形,克服合金冷裂。提高板栅铅合金力学性能,提高耐腐蚀性能、铸造性能及导电性能等,提高电池循环充放性能。

铅蓄电池板栅用新型炭材料铅合金包括石墨烯铅合金、纳米铅炭合金及铅-石墨合金,这类新型合金有很好的电化学和耐腐蚀行为,可用作铅酸蓄电池新一代的板栅合金材料,可提高电池放电容量和使用寿命。

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