如何降低蓄电池水损耗与析气？

水损耗（water consumption；Water loss；loss of water）指的是蓄电池免维护使用时在整个过充电期间水的损耗。

降低蓄电池的水损耗的途径有下面几点：

（1）采用不同于传统的合金板栅，氢和氧在这些合金上有较大的过电位值。

（2）采用适当的恒定的充电电压，如单体蓄电池不超过2.40V或更低些。

一些采用Pb-Ca合金板栅的免维护蓄电池在过充电期间以同样的电压充电，其产生副反应（电解水）的充电电流仅为Pb-Sb合金板栅蓄电池的1/10（见图8-15）。

图8-15 免维护蓄电池与Pb-Sb板栅蓄电池恒压充电特性曲线（室温）

1—普通蓄电池5%～6%Sb 2—免维护蓄电池0%Sb

（3）蓄电池的设计有滤液装置，多由具有细小微孔的憎水性塑料制成，以阻止气体逸出时带出电解液。

（4）采用辅助电极，（auxiliary electrode）一般适用于大容量的固定型蓄电池，这样做蓄电池可以不加水，使氧还原的辅助电极和负极相接。它是用聚四氟乙烯烧结成的不透水的多孔碳制成的，部分浸入电解液中，利用银的催化作用使氧的电化学还原反应很快地进行^{【31，32】}。也可以用酞菁（phthalocyanine）代替银作为催化剂^【33】。固定型蓄电池中用一个不透水的辅助电极，部分浸入电解液中，用晶体二极管控制其电极电位，可以在很大程度上有效地除去氧^{【32，34，35】}。辅助电极方法的原理如图8-16所示。这一方法在普遍采用免维护和阀控式蓄电池的今天已几乎不再有人采用。

（5）蓄电池在设计上电解液的质量占较大比率。如美国德尔卡（Delco）59-40起动用蓄电池（20世纪80年代初期产品）的总质量为15.38kg，电解液质量为6.852kg。电解液占蓄电池质量的44.55%。北京蓄电池厂同期的6-Q-60起动用蓄电池（硬质橡胶槽）产品，电解液质量4.700kg，仅占蓄电池质量（23.80kg）的19.75%。电解液质量相对较多才有可能用较低浓度的电解液，这有助于降低过充电时的水损耗并减缓开路搁置期间自放电反应引起的析气（gassing）。电解液的量较多还能减少水损耗对电解液的量的损失的影响。

图8-16 大容量固定型密封蓄电池中除去氢和氧的辅助电极装置（除去氢的辅助电极经过二极管与正极相接，除去氧的辅助电极则和负极相接）

（6）阀控式蓄电池（value regulated cell or battery）的安全阀虽不能直接减缓析气的电化学反应，但至少可以阻止电解液溢出和水的挥发导致的水损耗。图8-17是密封蓄电池的一种排气装置示意图^{【36，37】}。

一些国家把阀控蓄电池称为密封蓄电池，并根据电解水的副反应规定出密封反应效率的要求。电解水的反应是

负极 4H++4e=2H₂ （8-101）

正极 2H₂O-4e=4H⁺+O₂ （8-102）

电池反应 2H₂O=2H₂+O₂ （8-103）

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图8-17 密封蓄电池的排气阀

由此可知，伴随着4F（=4×26.80A·h）电量的转移，析出气体3mol。在标准状况下，1mol气体的体积是22.41L。这样，1A·h电量所析出的气体的体积在标准状况下是

V₀换算到25℃、101325Pa的状况，其体积为

用图8-18所示的装置收集充电时产生的气体，并按下式求出收集的气体在25℃、101325Pa的体积V′：

式中，p是测定时的大气压强，Pa；t是收集气体的管子周围的温度，℃；V是收集到的气体的体积，mL。

图8-18 测定蓄电池析出气体的装置

每个单体蓄电池每安时电量所产生的气体体积换算到25℃、101325Pa就是

式中，n是蓄电池组中串联的单体电池数；Q是气体收集期间通过的电量，A·h。

这样，就可以定义密封反应效率为

不同类型的密封铅酸蓄电池的技术标准都对蓄电池的密封反应效率有严格要求，一般不低于90%，如电动助力车用密封铅酸蓄电池（sealed lead—acid battery used for electric）、小型阀控密封式铅酸蓄电池（small VRLA battery）、固定型阀控密封式蓄电池（stationary VRLA battery）、铁路机车车辆用阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA batteries for locomotive and rolling stock）等。有些类型的铅酸蓄电池如煤矿防爆特殊型电源装置用铅酸蓄电池（lead—acid batteries for special type explosion proof power unit in coal mine），则对蓄电池的氢气析出量有严格限制。即使如此，水损耗或者说失水而导致蓄电池干涸，仍然是密封铅酸蓄电池寿命终结的主要原因之一。

随着铅酸蓄电池板栅合金、活性物质材料、工艺技术与产品设计的不断改进，由于板栅腐蚀、活性物质脱落、蓄电池生产过程中的工艺条件与品质管理失控导致蓄电池寿命终结的情况越来越少，但蓄电池在运行中的失水则是不可避免的。

从蓄电池生产的工艺技术和运行中充电条件两方面不断减少失水，延缓干涸的出现，是提高蓄电池寿命研究的重要课题。