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含铋铅粉对铅酸蓄电池的作用与机理的研究

陈红雨;吴玲;任超;罗秋珍;谢志宏;蒋雄;夏玉坤;罗有荣

  用电解纯铅(99.99%Pb)铅粉、电解纯铅铅粉掺0.02%Bi2O3、精炼纯铅99.99%Pb-0.02%Bi)铅粉所制极板装成汽车用蓄电池和摩托车用蓄电池,性能检测结果表明含铋铅粉对干荷电起动和低温起动性能没有明显的影响规律,铅粉中含铋并不引起蓄电池的水损耗增大,而蓄电池的容量和充电接受能力因为铅粉中含铋而明显提高。在放电过程中,含铋铅粉所制极板的正极镉压明显比无铋铅粉所制极板的正极镉压下降缓慢,放电时间也延长。铋主要通过正极作用来影响蓄电池容量。为了对铋的作用机理作深入研究,用电解纯铅(99.99%Pb)铅粉、电解纯铅铅粉掺0.02%Bi2O3、电解纯铅铅粉掺0.06%Bi2O3制成微型研究电极。采用了电化学研究方法、化学分析方法、现代物理方法等对铅粉中铋的作用进行了测试与观察。循环伏安结果表明,铋并不影响正极活性物质的电化学行为。阴极极化曲线测试表明,负极活性物质中含铋引起析氢过电位下降、增大氢气的析出;而电解液中含铋离子导致析氢过电位上升、减少氢气的析出,同时电解液中含铋离子还会引起析氧过电位上升、减少氧气的析出。化学分析结果证实了含铋极板浸泡过的硫酸溶液、化成后硫酸溶液以及循环后硫酸溶液均含有不同程度的Bi3+。扫描电镜观察到含铋的正极活性物质比无铋的正极活性物质有较高的孔率,负极也有相同的规律但不如正极明显。扫描电镜形貌还发现经过一定循环后,正极活性物质有针状晶体连接现象。X-射线衍射结果证实铅粉中铋含量增加,正极中α-PbO2含量有增加的趋势。本文对铋在铅酸蓄电池铅粉、和膏、固化、化成、使用过程中可能存在的形式、化学特性、电化学反应等等进行系统的归纳和阐述,对铋的有关理论进行了全面的分析。对本试验结果和其他人所证实了的铋能提高蓄电池容量、延长循环寿命、减少水损耗和自放电等进行了详细的分析。认为铋“造孔”在提高蓄电池容量中起着非常重要的作用。铋在蓄电池一定循环次数后,使正极活性物质出现针状型晶体连接,加固了正极活性物质结构,而铋极小部分参于PbO2晶格的形成以及增强骨架的α-PbO2的增加都延长了蓄电池的循环寿命。铋因为以碱性氧化物和可溶性铋盐等与硫酸反应进入电解液中,电解液中含铋引起析氢过电位、析氧过电位同时上升,抵消了铋在负极中引起析氢过电位下降的负面现象,结果铋反而减少了水损耗。总之,经过蓄电池的性能检测、实验室的电化学测试、现代物理试验以及铋的有关化学、电化学理论分析,得出一个可靠的结论:铅粉中含铋对铅酸蓄电池非常有益。……