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风光互补发电系统(阀控式胶体电池篇)

发表时间:2022-01-10 11:32

风光互补发电系统(阀控式胶体电池篇)

风光互补发电系统的电站一般安装在偏僻远离电网的地区:如森林丛林、沿海流域、河流湖泊、高速公路、沙漠地区、高山地区、矿山地区、海上平台等等;风光互补发电系统中阀控式胶体电池部分属于储能部分,对于系统选型、存储恒温、低温场景应用都有特别的解决方案。

阀控式胶体蓄电池结构和工作原理:

       阀控式胶体蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进,用胶体电解液代换了硫酸电解液,在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面优于较普通电池;阀控式胶体蓄电池采用二氧化硅凝胶状电解质,内部无游离液体存在,在同等体积下电解质容量大,热容量大,热消散能力强,能避免一般蓄电池易产生热失控现象;电解质浓度低,对极板的腐蚀作用弱;浓度均匀,不存在电解液分层现象,从而在风光互补发电系统中使用寿命方面得到很大的提升。

电池具备阀控气压设计,电池充电时,正极会析出氧气,负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始,析出的氧到达负极,跟负极起下述反应,达到阴极吸收的目的。2Pb十O2=2PbO,2PbO十2H2SO4:2PbS04+2H20。负极析氢则要在充电到90%时开始,再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢过电位的提高,从而避免了大量析氢反应,利用阴极吸收原理使电池得以密封的。

1.极板

活性物质二氧化铅(正极)和海绵状铅(负极)都是疏松的多孔体,需要固定在载体上。用铅或铅基合金制成的栅栏片状物为载体,使活性物质固定在其中,这种物体称之为板栅。它的作用是支撑活性物质并传输电流。电池采用Pb-Sb合金制作正负极板栅。电池对板栅要求极为严格,负板栅应该具有很大的析氢过电位,正极板栅应该具有很低的腐蚀速率,所以通常选用Pb-Ca-Sn-Al或Pb-Sb-Cd作正极板栅材料,Pb-Ca合金作负极板栅材料。

铅粉(主要成分为PbO)与稀硫酸混合后铅膏后填涂在板栅上并经固化、干燥等,再于稀硫酸中化成就可分别形成正负极活性物质。铅膏中可添加纤维来提高活性物质的机械强度;另外正极铅膏中可添加碳素材料(如石墨、碳纤维或乙炔黑等)来提高正极活性物质的利用率;负极铅膏中可添加BaSO4、炭黑、腐植酸、木质素等膨胀剂来防止负极活性物质收缩及负极板变形,添加松香、甘油和萘等抑制氢气发生和防止生极板的氧化。

2.隔膜

电池中隔膜的作用是:①防止正负极板短路和活性物质的脱落;②吸收并保持电解液;③作为氧气、离子传输通道。

电池隔膜,一直被国内外广泛使用的是超细玻璃纤维隔膜(AGM)。这种隔膜一般以碱玻璃为原料,经高温熔化制成一次纤维,再经高温高速气流牵引形成直径小于3μm的超细纤维,最后以抄纸法的工艺生产成隔膜。

隔膜质量和性能的好坏将影响蓄电池内阻、氧复合效率、蓄电池大电流放电性能及蓄电池使用容量。AGM隔膜应该具有如下特性:

①优良的耐酸能力和抗氧化能力;

②厚度均匀一致,外观无针孔、无机械杂质;

③孔径小孔率大;

④吸收和保留电解液能力强;

⑤电阻低,能保证导电离子自由迁移;

⑥具有一定的机械强度,耐折性好,能保证蓄电池工艺操作要求;

⑦杂质含量低,尤其是铁、铜的含量要低。

3.   安全阀

电池盖子上装置有单向节流阀(也叫安全阀):

①使电池保持一定的内压,以提高密闭反应效率;

②当电池内部气压过高时,排气阀自动打开,排出气体,防止壳盖变形或发生爆炸;

③在电池内部压力正常的条件下,防止外部空气进入电池。

④防止电解液蒸发,避免电池干涸。

4.   电解液

电池中,电解液分别与活性物质PbO2组成氧化铅电极,或以活性物质Pb组成铅电极,用来参与电极反应和传导电流。

工业硫酸含杂质较多,不适合蓄电池使用,因此蓄电池必须使用严格控制杂质含量尤其是铁、氯、铜含量的硫酸。另外用于配制电解液的水也要使用严格控制杂质含量的纯水,纯水可以采用离子交换法制得,其纯度可用电导率表示,电导率越小,说明纯水杂质含量越低。

电解液密度对电解液的冰点、粘度、电池电动势、正极板栅腐蚀、负极板活性物质硫酸盐化等都有密切关系,设计电池电解液密度时需要综合考虑以上各因素。电解液密度随着温度的升高而减小。

5.壳盖

用于盛装电池的正、负极板、隔膜和电解液,以及附件的容器称为电池槽,包括电池壳和电池盖。电池壳盖目前采用PP、ABS、PVC等材料,但主要以ABS为主。ABS是丙烯腈-丁二烯-本乙烯的三元共聚物,ABS树脂为粒状或珠状,不透明,无毒无味。采用ABS塑料制作的电池壳盖主要优点是机械性能好,其抗冲击强度、拉伸强度和硬度都较大。

阀控式胶体蓄电池优势:

1.质量高,循环寿命长。胶体电解质可对极板周围形成固态保护层,保护极板避免因震动或碰撞而产生损坏,破裂,防止极板被腐蚀,同时也减少了蓄电池在大负荷使用时产生极板弯曲和极板间的短路,不至于导致容量下降,具有很好的物理及化学保护作用,是普通铅酸电池寿命的两倍。

2.单体电池的内阻、容量、浮充电压一致性好,无需均衡充电,免维护。胶体电池最简单的做法是在硫酸中添加胶凝剂,使硫酸电液呈胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。胶体电池与常规铅酸电池的区别不仅仅在于电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体,从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如板栅中解分高分子材料,俗称陶瓷板栅,亦可视作胶体电池的应用特色。

3.使用安全,利于环保,属于真正意义上的绿色电源。胶体电池的电解质呈固态,密封结构,凝胶电解液,永不漏液,使电池内每一部位的比重保持一致。使用特殊的钙铅锡合金板栅,更耐腐蚀,充电接受能力更好。 采用超高强度隔板避免短路的产生。进口优质安全阀,精确阀控调节压力。装备了过滤酸雾隔爆装置,更安全可靠。使用时无酸雾气体析出,无电解质外溢,生产过程中不含对人体有害元素,无毒,无污染,避免了传统铅酸电池在使用过程中电解质大量外溢渗透。浮充电流小,电池发热量少,电解液不发生酸分层。

4.深放电循环性能好。电池深放电后再及时补充电的情况下容量能100%得到回充,能迎合高频率、深程度放电的需要,因此其使用范围比铅酸蓄电池更广泛。

5.自放电小,深放电性能好,充电接受能力强,上下电位差小,电容量大。在低温启动能力,荷电保持能力,电解液保持能力,循环耐久能力,耐震动性能,耐温变性能等方面有显着提高。在20℃室温下储存2年,无需充电即可投入运行。

发电系统中电池安装/选型注意事项:

l   电池在充电时电解液中的水分,被电解之后会产生氢气和氧气,这些都是易燃易爆气体,当电池中或空气中的含氢量累积至爆炸极限时,外部遇到明火,极可能会发生燃烧或爆炸。所以电池存储需要保持通风环境,避免密闭环境使用。

l 电池安装前需要考虑好恒温问题。避免电池安装太阳光能直接暴晒,因为温度高会加速电解液的挥发,影响电池寿命。可使用电池地埋箱把电池存储在地面下,存储高度根据不同地区的冻土层厚度,建议安装在冻土层以下位置最为佳。

l 标准电池柜地面安装。电池柜设计需要有足够的安全距离和空间,需要具备良好的通风设计,避免阳光直射暴晒。

l 电池极板硫酸盐化。长期充不饱电,放电后长时间搁置,不及时充电,酸密度过高, 长期过放电都会严重减少电池的寿命。


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