木素對(duì)鉛蓄電池性能的影響

1、木素對(duì)鉛蓄電池性能的影響作者：趙禹唐王希業(yè)加入時(shí)間：2004-12-30 10:16:52早在20世紀(jì)60年代初期，國(guó)內(nèi)某些廠就開(kāi)始用腐植酸作為負(fù)極板的添加劑，而于此同時(shí) 淄博廠則著手試用木素解決起動(dòng)用蓄電池一18C低溫放電問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)其各項(xiàng)性能均略優(yōu)于腐植酸 的配方，而價(jià)格卻比腐植酸低得多。1木素簡(jiǎn)介堿木素是由造紙廠廢黑液提制和再加工處理而得；酸木素是原北京光華木材廠水解廢渣 經(jīng)再加工提制而得。外觀均為土褐色與棕褐色粉末物，粒徑為15 m，表觀密度為0.40.5 g / cm3，密度為1.31.5g / cm3，比表面為180m2 / g的呈負(fù)電性的膠體粒子。碳含量為60 % 64 %，氧為3

2、1 %34 %，氫為5 %6 %。堿木素在空氣中軟化點(diǎn)為120C，熔點(diǎn)為140 150C的可熔高分子同系物的混合物，能吸附大量氣體和酸堿鹽物質(zhì)，故曾做礦用浮選劑、土壤 改良劑、氣體吸附劑、建筑材料與動(dòng)物飼料的添加劑（3 %5 %），又可做工業(yè)用碳的原材料。 2負(fù)板添加劑的研究和應(yīng)用結(jié)果淄博蓄電池廠于19631976年曾將木素用于固定型、牽引用及汽車用電池中，均取得 了良好的生產(chǎn)和使用效果，后因料源枯竭而被迫改用腐植酸。堿木素和酸木素在Q型電池上的試驗(yàn)結(jié)果曾發(fā)表于“電源技術(shù)” 1991年3期。結(jié)合當(dāng)年的生產(chǎn)和用戶反映及性能檢測(cè)，木素的性能可總結(jié)如下。（1）低溫性能以前規(guī)定Q型汽車蓄電池以一18C

3、，3C10電流起動(dòng)放電終止電壓1.0V時(shí)，2.5 min可列 為優(yōu)等品，而用木素的電池可達(dá)66.8min；用做3QG105放電，在同樣條件下可達(dá)8.3min， 正常生產(chǎn)的10年多在Q型70182Ah的抽樣檢查中測(cè)得的性能（低溫）是4（6-Q-182）6.8min， 這涉及電液?jiǎn)栴}，當(dāng)時(shí)灌酸密度為1.26g /cm3，而182Ah組裝較緊，酸量不足。用3Q-105電池在一50C下檢測(cè)可放電1.9rmin，而且保證硬橡膠槽與蓋聯(lián)接的封口劑 不許開(kāi)裂，在當(dāng)時(shí)均曾達(dá)標(biāo)。裝車使用試驗(yàn)，曾在內(nèi)蒙古加格達(dá)奇地區(qū)進(jìn)行，當(dāng)大氣溫度一44C，而池溫一42C時(shí)未 起動(dòng)打火（當(dāng)時(shí)由于人為原因：灌酸和充電均出現(xiàn)失誤），

4、當(dāng)大氣溫度一42C而池溫為40C時(shí)起動(dòng) 順利。當(dāng)然在那樣超低溫下要求汽車、坦克、裝甲車、拖拉機(jī)均是嚴(yán)格的，例如水一50C不許結(jié) 冰（加乙二醇），汽油一50C的燃點(diǎn)閃點(diǎn)均要正常（加乙醚），機(jī)油一50C仍要保持正常潤(rùn)滑，而對(duì) 蓄電池只要求一40C；能打火起動(dòng)就行。當(dāng)時(shí)交通部科學(xué)研究院，有關(guān)軍事部門(mén)、蓄電池生產(chǎn)廠 家及相關(guān)用戶單位在塔河、漠河等地嚴(yán)冬車試，能打起火的車僅此木素配方是成功的。當(dāng)時(shí)還有 西寧一一拉薩和新疆布爾津的車試也取得了成功。按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 50080.1-91規(guī)定的一18C，Is放電達(dá)1min時(shí)其電壓達(dá)1.621.70V，超 過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1.40 V和某些先進(jìn)水平的1.581.62

5、 V。此處Is系指3C20值，當(dāng)然4C20、5C20、 9C20則另有要求和結(jié)果。（2）自放電性能有3只3Q105電池在試驗(yàn)室做完容量和初期各種試驗(yàn)（達(dá)20全充放周期），然后充好 電調(diào)到電液密度為1.2kg / cm3，放置半年后再測(cè)電液密度則為1.26 g / cm3，進(jìn)行容量放電仍達(dá) 102 %104 % （放置前容量為120 %左右），所以，自放電性能是良好的，因?yàn)榉胖冒肽甓嗳?可使用這種擱置3個(gè)月或6個(gè)月后不用充電仍可使用的電池在軍事用途上具有重大的意義。（3）析氣性能鉛蓄電池容量性能好則析氣量低，一般規(guī)定接近壽命終止的電池其析氣量是初期容量的 37倍以上，實(shí)際測(cè)定也是這樣，Pb-Sb

6、合金板柵的QT10500Ah電池就是個(gè)顯著的例子。顯 然，改善板柵合金成份是能改善析氣性能的，但負(fù)板添加劑不同和用量不同則對(duì)析氣性能有相差 13倍以上的結(jié)果，這對(duì)免維護(hù)電池，尤其是對(duì)VRLA貧液電池的失水和熱失控是有致命影響的， 木素在這方面的析氣量是很低的，當(dāng)然這是指經(jīng)過(guò)再加工的鉛蓄電池專用木素，不經(jīng)過(guò)專門(mén)加工 的木素是不能用的，不但容量不達(dá)標(biāo)，而析氣量要高出已加工木素的713倍。腐植酸也高出木 素的15倍，當(dāng)然這與配方量有很大的關(guān)系。以上是我們做了共42只3-Q-95電池試驗(yàn)收氣 而得的結(jié)果。我們收氣的方法是停止充電后連續(xù)收氣6h，再換算到mL/ min而進(jìn)行對(duì)比的。我 們還試過(guò)某些產(chǎn)地的

7、腐植酸經(jīng)過(guò)再加工處理后，配方量達(dá)1.5時(shí)的析氣也接近于木素。所以，對(duì)VRLA蓄電池和其他富液式免維護(hù)蓄電池負(fù)板采用木素是有利于免維護(hù)性能 的，甚至是必需的。VRLA貧液式鉛蓄電池失水減少則有利于延長(zhǎng)使用壽命，因此 VRLA蓄電 池負(fù)極配方添加木素是解決其壽命短的措施之一。壽命性能就Q型電池而言，負(fù)板配方中添加木素，負(fù)極板的壽命相當(dāng)于正板的35倍以上。Q 型電池壽終解剖時(shí)發(fā)現(xiàn)，其正板柵爛斷而負(fù)板雖然膨脹得很厲害，但用手指甲劃痕時(shí)金屬光澤很 亮，當(dāng)再配上新的正板繼續(xù)充放進(jìn)行壽命試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在此過(guò)程中低溫起動(dòng)、常溫起動(dòng)和容量則 更好；如此充放更換正板3次，負(fù)板性能仍然同前，雖然膨脹，但不脫粉，可以繼

8、續(xù)試下去。同 樣，腐植酸配方的負(fù)板當(dāng)電池壽終、正板柵腐斷爛掉時(shí)，而負(fù)板壽命也終止了，其金屬光澤較差 或無(wú)光澤，并呈砂粒狀的硬化，不能再用。工藝性能木素在合膏均勻、涂板滑膩柔和、與板柵結(jié)合牢固及化成除水后干燥不易氧化等方面是 優(yōu)于腐植酸的，在這方面和木素磺酸鹽及改性木素磺酸鹽相似。顯然在貯存時(shí)也不易氧化。由于 上述工藝性能，所以對(duì)極板和蓄電池的壽命性能是有利的，當(dāng)然也有利于操作，尤其是手工操作 更為有利。其他性能其他如c20、cr,n。和充電接受能力等方面與優(yōu)質(zhì)酸腐植酸相似或略有提高，但不明顯。3分析討論f，n(1)木素的原料是造紙廠廢黑液提制的粗木素粘稠物或水解廠的廢渣，收取這些廢物是不花 錢

9、的，因此其成本低于腐植酸，但有的木素粘稠物比較干潔(固體含量為2.5 %50 %)。近年 由于環(huán)保要求嚴(yán)格，有的中小型造紙廠根本不要錢，歡迎為其減少污染。這樣的原料經(jīng)過(guò)再加工 制成蓄電池專用木素則成本為7001500元/t，比腐植酸成本低。如果制成動(dòng)物飼料添加劑(有 利動(dòng)物加速成長(zhǎng)和提高肉蛋質(zhì)量)，其成本大約是100200元/t，用做建筑材料、礦山浮選劑(用 量特大)其成本同動(dòng)物飼料添加劑。但做氣體吸附劑成本大約是300400元/t；其銷售價(jià)均較 高。有人介紹從國(guó)外進(jìn)口木素是312萬(wàn)元/t，個(gè)別者有18萬(wàn)元/t噸和2萬(wàn)元/t，均高于現(xiàn) 用腐植酸和國(guó)內(nèi)木鈉、木鈣、木鎂等等。筆者認(rèn)為從性能上和價(jià)格

10、上應(yīng)大力開(kāi)發(fā)木素做鉛蓄電池負(fù)板添加劑。關(guān)于腐植酸制取腐植酸的原料是風(fēng)化煤、泥煤、褐煤和草甸土的腐植質(zhì)，含量一般為20 %60 %， 同一原料因產(chǎn)地不同其腐植酸含量也不同，加入負(fù)板所呈現(xiàn)的性能也有區(qū)別，就像木素一樣，木 漿和草漿、麥漿、稻漿等提制的木素性能也略有差異。一般從湖泥中提取的腐植酸性能較差些。 這些高分子化合物的同系物混合物分子量為300400的稱黃腐植酸(溶于水)，而分子量為103 104稱棕腐植酸，分子量高達(dá)104106的為黑腐植酸，一般腐植酸含碳55 %65 %，氧25 % 35 %，氫5.5 %6.5 %，氮3 %4 %，還有少量磷硫金屬等。酸法提制的腐植酸的性能一般低于堿腐植

11、酸，如果工藝嚴(yán)格也可能優(yōu)于堿腐植酸，但多 數(shù)廠家掌握不好工藝，生產(chǎn)的酸腐植酸不及堿腐植酸。在沒(méi)有木素時(shí)可以用腐植酸代替一時(shí)是可 以的，因?yàn)樗男阅軆?yōu)于木素纖維素和纖維素等。木素磺酸鹽問(wèn)題木素磺酸鹽也是由造紙廠廢液提取的，但是用亞硫酸鹽（鈉、鎂、鈣、銨等）制漿的 廢黑液，而木素是用火堿（NaOH、KOH等）制漿的廢黑液提取時(shí)，木素磺酸鹽含有12 % 15 %的硫，而木素不含有，但經(jīng)過(guò)再加工的木素中有7 %左右的硫酸殘留于內(nèi)，其硫含量為2 % 左右。木素磺酸鹽中木鈉有較好低溫性能，用量為鉛粉的0.3 %0.4 %，有的用0.2 %，超過(guò) 0.4 %膨脹特別嚴(yán)重，影響壽命，而合膏工藝不同于木素和腐殖酸。木鈉低溫性能低于木素，但 優(yōu)于腐植酸，而木鎂同腐植酸并用其低溫性能優(yōu)于木鈉；木鈣低溫性能低于木鈉和腐植酸，但其 大電流常溫放電優(yōu)于所有添加劑，所以，木鈣適于南方工作的蓄電池或潛艇蓄電池的負(fù)板做添加 劑。用木銨或木鈉制取木鎳、木鉆、木鋇等，也取得了較好的試驗(yàn)結(jié)果，但因成本關(guān)系，難 以廣泛推廣應(yīng)用，但用于特殊用途的電池是可以考慮的。改性或再加工的木素磺酸物雖有較好技 術(shù)性能，但因成本較高，