2.2.3 两类阀控密封式铅酸蓄电池的比较

阀控密封式铅酸蓄电池有两种：一种是采用超细玻璃纤维隔膜的阀控密封式铅酸蓄电池（AGM）；一种是采用胶体电解液的阀控密封式铅酸蓄电池（GFL）。它们都是利用负极吸收原理使蓄电池得以密封的。所以，在AGM-阀控密封式铅酸蓄电池的隔膜中必须有10%左右的隔膜空隙，对GFL-阀控密封式铅酸蓄电池而言，灌注的硅溶胶变成凝胶后，骨架要进一步收缩，硅溶胶的黏度应控制在10mPa.s左右，以使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间。空隙或裂缝是给正极板析出的氧气提供到达负极的通道。在AGM-阀控密封式铅酸蓄电池生产中，灌注电解液过多则不利于氧气在负极的再化合，灌注电解液过少将会造成AGM-阀控密封式铅酸蓄电池内阻增大。而在GFL-阀控密封式铅酸蓄电池生产中，若硅溶胶的黏度过高，即加入硅溶液量过大，将会造成凝胶出现裂缝过大，增大GFL-阀控密封式铅酸蓄电池内阻，反之，则不利于氧气在负极的再化合。因此，两种阀控密封式铅酸蓄电池对生产工艺要求都十分严格。

早期的GFL-阀控密封式铅酸蓄电池使用的胶体电解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干态普通铅酸蓄电池中。这样虽然达到了“固定”电解液或减少酸雾析出的目的，但却使GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的容量较原来使用自由电解液时的普通铅酸蓄电池容量要低20%左右，因而没有被市场接受。

我国在20世纪50年代就开展了GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的研制工作，在研制GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的过程中，采用玻璃纤维隔膜的AGM-阀控密封式铅酸蓄电池诞生了，它不但使普通铅酸蓄电池消除了酸雾，而且还表现出内阻小、大电流放电特性好等优点。因而在国民经济中，尤其是原来使用普通铅酸蓄电池的领域，得到了迅速的推广和应用，在此期间我国的GFL-阀控密封式铅酸蓄电池研制处于停滞状态。

在20世纪80年代，德国阳光公司生产的GFL-阀控密封式铅酸蓄电池产品进入我国市场，多年来使用效果表明它的性能优于早期的GFL-阀控密封式铅酸蓄电池。这就使GFL-阀控密封式铅酸蓄电池进入了一个新的发展阶段。

1.阀控密封式铅酸蓄电池结构和工艺上的主要差异

不论是AGM-阀控密封式铅酸蓄电池，还是GFL-阀控密封式铅酸蓄电池，它们都是利用负极吸收原理使蓄电池得以密封的。阀控密封式铅酸蓄电池充电时，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%时就开始了。析出的氧到达负极，跟负极起下述反应，达到负极吸收的目的。

2Pb+O₂=2PbO

2PbO+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O

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。对AGM-阀控密封式铅酸蓄电池而言，在其内部必须使10%的隔膜孔隙中不能进入电解液（贫液式设计），正极生成的氧就是通过这部分孔隙到达负极而被负极吸收的。

对GFL-阀控密封式铅酸蓄电池而言，在其内部是以SiO₂质点作为骨架构成的三维多孔网状结构，它将电解液包藏在里边。GFL-阀控密封式铅酸蓄电池灌注的硅溶胶变成凝胶后，骨架要进一步收缩，使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间，给正极析出的氧到达负极提供了通道。

由此看出，两种阀控密封式铅酸蓄电池的密封工作原理是相同的，其区别就在于电解液的“固定”方式和提供氧气到达负极通道的方式有所不同。

AGM-阀控密封式铅酸蓄电池使用的硫酸电解液的密度为1.29～1.31g/cm³。除了极板内部吸有一部分电解液外，其大部分存在于玻璃纤维隔膜中。为了使极板充分接触电解液，极群采用紧装配方式。另外，为了保证蓄电池有足够的寿命，极板应设计得较厚，正板栅合金采用Pb-Ca-Sn-Al四元合金。

GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的电解液是由硅溶胶和硫酸配成的，硫酸溶液的浓度比AGM-阀控密封式铅酸蓄电池要低，通常为1.26～1.28g/cm³。电解液的量比AGM-阀控密封式铅酸蓄电池要多20%，跟普通铅酸蓄电池相当。这种电解质以胶体状态存在，充满在隔膜及正负极之间，硫酸电解液由凝胶包围着，不会流出蓄电池。

由于GFL-阀控密封式铅酸蓄电池采用的是富液式非紧装配结构，正极板栅材料可以采用低锑合金，也可以采用管状蓄电池正极板。同时，为了提高GFL-阀控密封式铅酸蓄电池容量而又不减少GFL-阀控密封式铅酸蓄电池寿命，极板可以做得薄一些。GFL-阀控密封式铅酸蓄电池槽内部空间也可以扩大一些。

2.阀控密封式铅酸蓄电池放电容量

早期的GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的放电容量只有普通铅酸蓄电池的80%左右，这是由于使用性能较差的胶体电解液直接灌入未加改动的普通铅酸蓄电池中，使GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的内阻较大，是由电解质中离子迁移困难引起的。近来的研究工作表明，改进胶体电解液配方，控制胶粒大小，掺入亲水性高分子添加剂，降低胶液浓度可提高渗透性和对极板的亲和力。采用真空灌装工艺，用复合隔板或AGM取代橡胶隔板，以提高GFL-阀控密封式铅酸蓄电池吸液性；取消GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的沉淀槽，适度增大极板面积和活性物质的含量，可使GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的放电容量达到或接近普通铅酸蓄电池的水平。

AGM-阀控密封式铅酸蓄电池电解液量少，极板的厚度较厚，活性物质利用率低于普通铅酸蓄电池，因而AGM-阀控密封式铅酸蓄电池的放电容量比普通铅酸蓄电池要低10%左右。

3.阀控密封式铅酸蓄电池内阻及大电流放电能力

AGM-阀控密封式铅酸蓄电池所用的玻璃纤维隔板具有90%的孔率，硫酸吸附其内，且AGM-阀控密封式铅酸蓄电池采用紧装配形式，离子在隔板内扩散和电迁移受到的阻碍很小，所以AGM-阀控密封式铅酸蓄电池具有低内阻特性，大电流快速放电能力很强。

GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的电解液是硅凝胶，虽然离子在凝胶中的扩散速度接近在水溶液中的扩散速度，但离子的迁移和扩散要受到凝胶结构的影响，离子在凝胶中扩散的途径越弯曲，结构中孔隙越狭窄，所受到的阻碍也越大，因而GFL-阀控密封式铅酸蓄电池内阻要比AGM-阀控密封式铅酸蓄电池大。

然而试验结果表明GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的大电流放电性能仍然很好，完全满足有关标准中对蓄电池大电流放电性能的要求。这是由于多孔电极内部及极板附近液层中的酸和其他有关离子的浓度在大电流放电时起到关键性的作用。

4.热失控

热失控是指阀控密封式铅酸蓄电池在充电后期（或浮充状态），由于没有及时调整充电电压，使阀控密封式铅酸蓄电池的充电电流和温度发生一种累积性的相互增强作用，此时阀控密封式铅酸蓄电池的温度急剧上升，从而导致阀控密封式铅酸蓄电池外壳膨胀变形，失水速度加大，甚至使阀控密封式铅酸蓄电池损坏。

上述现象是AGM-阀控密封式铅酸蓄电池在使用不当时，出现的一种具有很大破坏性的现象。这是由于AGM-阀控密封式铅酸蓄电池采用了贫液式紧装配设计，隔板中必须保持10%的孔隙不准电解液进入，因而AGM-阀控密封式铅酸蓄电池内部的导热性差，热容量小。充电时正极产生的氧到达负极和负极铅反应时会产生热量，如不及时导走，则会使AGM-阀控密封式铅酸蓄电池温度升高；如若没有及时降低充电电压，则充电电流就会加大，析氧速度增大，又反过来使AGM-阀控密封式铅酸蓄电池温度升高。如此恶性循环下去，就会引起热失控现象。

GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的电解液用量和普通铅酸蓄电池相当，极群周围及与槽体之间充满凝胶电解质，有较大的热容量和散热性，不会产生热量积累现象。结合30余年GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的运行实践，还没有发现GFL-阀控密封式铅酸蓄电池有热失控现象。

5.使用寿命

影响阀控密封式铅酸蓄电池使用寿命的因素很多，既有阀控密封式铅酸蓄电池设计和制造方面的因素，又有用户使用和维护条件方面的因素。就前者而言，正极板栅耐腐蚀性能和阀控密封式铅酸蓄电池的水损耗速度是两个最主要的因素。由于正板栅的厚度加大，采用Pb-Ca-Sn-Al四元耐蚀合金，根据板栅腐蚀速度推算，阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命可达10～15年。然而从阀控密封式铅酸蓄电池使用结果来看，水损耗速度却成为影响阀控密封式铅酸蓄电池使用寿命的最关键性因素。

由于AGM-阀控密封式铅酸蓄电池采用贫液式设计，导致其容量对电解液量极为敏感。阀控密封式铅酸蓄电池失水10%，容量将降低20%；损失25%水分，AGM-阀控密封式铅酸蓄电池寿命结束。然而GFL-阀控密封式铅酸蓄电池采用了富液式设计，电解液密度比AGM-阀控密封式铅酸蓄电池低，降低了板栅合金腐蚀速度；电解液量也比前者多15%～20%，对失水的敏感性较低。这些措施均有利于延长GFL-阀控密封式铅酸蓄电池使用寿命。根据德国阳光公司提供的资料，胶体电解液所含的水量足以使GFL-阀控密封式铅酸蓄电池运行12～14年。GFL-阀控密封式铅酸蓄电池投入运行的第一年，水损耗4%～5%，随后逐年减少，运行4年的GFL-阀控密封式铅酸蓄电池，年水耗损只有2%。OP2V型GFL蓄电池在2.27V/单体条件下浮充运行10年后，其容量还有90%。

6.复合效率

复合效率是指阀控密封式铅酸蓄电池在充电时，正极产生的氧气被负极吸收复合的比率，充电电流、阀控密封式铅酸蓄电池温度、负极特性和氧气到达负极的速度等因素，均会影响阀控密封式铅酸蓄电池的气体复合效率。

根据德国阳光公司提供的GFL-阀控密封式铅酸蓄电池产品说明书介绍，GFL-阀控密封式铅酸蓄电池产品使用初期，氧复合效率较低，但运行数月之后，复合效率可达95%以上。这种现象也可以从GFL-阀控密封式铅酸蓄电池的失水速度得到验证，GFL-阀控密封式铅酸蓄电池运行第一年失水速度较大，达到4%～5%，以后逐渐减少。胶体电解质在形成初期，内部没有或极少有裂缝，没有给正极析出的氧提供足够的通道。随着胶体的逐渐收缩，则会形成越来越多的通道，那么氧气的复合效率必然逐渐提高，水损耗也必然减少。

AGM-阀控密封式铅酸蓄电池隔膜中有不饱和空隙，提供了大量的氧气通道，因而其氧气复合效率很高，新AGM-阀控密封式铅酸蓄电池的复合效率可以达到98%以上。

GFL-阀控密封式铅酸蓄电池与AGM-阀控密封式铅酸蓄电池的性能比较见表2-1。

表2-1 GFL-阀控密封式铅酸蓄电池与AGM-阀控密封式铅酸蓄电池的性能比较

（续）