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  铅酸蓄电池板栅设计的探讨  
 

    板栅是活性物质的导电体和承载体, 在蓄电池中起重要作用。在蓄电池的成本组成中也占有20 %~30 %的比例。人们对板栅的各种研究一直没有停止过。对板栅材料的研究目前基本上是以Pb基合金为基础的, 大多研究者在合金中添加一些其他的组分, 如Ca、Sn、Ba、Bi稀土等等, 用以改善材料的物理性能、电化学性能[3]。另一种研究不以Pb合金为基础, 而是以塑料、无机材料、有机材料、合成材料等代用材料为基础, 进行电镀等电化学处理后用作板栅。目前报导的主要有塑料板栅镀铅、铜板栅镀铅、复合纤维编织板栅、泡沫铅板栅、泡沫石墨板栅等。使用这些材料的目的或是为了降低成本, 或是为了减少重量, 或是为了提高相应的性能。对代用材料的研究将是蓄电池发展的一个方向。
    板栅的生产方式也有很多进步, 拉网板栅的生产不仅提高了生产效率, 而且比重力浇铸板栅减重15 %~20 %, 节铅效率高且成本显著降低。新型重力连铸板栅也能大大提高效率。普通重力浇铸板栅也有很大的进步, 筋条的结构更合理, 筋条可以做得更细, 板栅的均匀一致性有明显的提高。
    板栅的基础研究取得了一些成果, 对板栅的计算机多维导电模拟计算进行了研究, 更好地揭示了板栅导电的规律。
    随着电动自行车蓄电池的发展, 人们通过对板栅合金成份不同而其它条件相同的蓄电池的研究发现板栅表面与活性物质结合部份的结构和成份对蓄电池性能, 特别是寿命的影响非常重要,因此人们又回来更多地关注对板栅材料的研究。
    板栅的结构设计对蓄电池性能的影响是很大的, 铅价飞涨使很多技术人员开始研究如何降低成本, 同时保持相应的性能。我们现有的板栅类型达400多种, 其中机械化生产的类型多达160种,涵盖了大中密电池、汽车电池、动力电池、小密电池、灯具电池等的板栅, 使用范围的涉及面广泛, 现就设计以Pb—Ca 合金为基础的重力浇铸板栅的体验进行讨论分析。
    板栅设计重要依据之一是板栅的腐蚀寿命。从理论上讲这是合理的, 但是由于可操作性比较差, 计算结果和实际情况会相差甚远。首先, 板栅腐蚀是在活性物质覆盖下进行的, 环境相当复杂, 与相同板栅合金在静态条件下、稳定的酸液中的腐蚀相差很远, 根本没有可比性。其次, 在蓄电池的实际使用中, 充电状况、自放电状况、环境温度、贫富液状况、杂质影响等因素的作用形成一个非常复杂的电化学体系, 这个体系共同决定了板栅的腐蚀, 而不仅仅是单纯的电化学腐蚀。板栅的制造方法也影响其腐蚀, 压延板栅( 如拉网) 的耐腐蚀性比重力浇铸板栅的耐腐蚀性好得多。重力浇铸板栅的气孔、夹渣等都会影响腐蚀性。若合金成份不稳定也会影响腐蚀性, 如Ca含量高则耐腐蚀性降低。因此以简单的耐腐蚀性来设计板栅达不到理想的效果。
    对蓄电池的综合要求可能有: 蓄电池的初期容量、蓄电池的寿命、蓄电池的体积、重量、比能量等。由这些要求可大致确定板栅的形状( 宽和高以及极耳) 和厚度, 进一步推算出板栅的大致情况。在大的设计方向确定之后利用经验来设计板栅,即按确定的电池类型、板栅合金、蓄电池的具体要求、板栅厚度和形状大致预估出设计结构, 进行实物设计, 按工艺制造出电池, 电池经过实验室寿命测试和实用寿命测试, 解剖查验板栅的状态, 为相同类型和相同条件的电池的板栅设计提供依据。如果板栅的合金不变, 板栅的生产方式不变,电池的用途相近, 那么就在以前经验的基础上,适当调整、设计板栅, 再实验再积累。这种积累就形成了独特的设计思路和方法, 也是非常实用和有效的方法。
    如合金稳定, 在这种设计思路下生产的板栅的使用寿命可达到预期的要求。有的厂家合金不稳定,一批一样, 那么会对电池的一致性造成严重影响。

 


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