板栅合金中的锑如何影响气体析出和自放电？优化铅酸电池性能

在铅酸电池中，富锑板栅合金通常会增加充电析气量和开路自放电。 锑会降低负极的析氢过电位，使充电过程中的水分分解变得更容易。它还可以从正极板栅迁移到负极活性物质中，从而进一步加速析氢和寄生放电反应。

核心要点： 较高的锑含量或许能提高板栅强度和可制造性，但通常会加剧失水、气体产生、浮充电流和自放电。当免维护运行和长保质期是首要考虑因素时，优先选择低锑或铅钙基合金，并结合高纯度材料和温度控制。

锑如何增加气体析出

锑降低了析氢过电位

析氢过电位是指在负极板上析氢反应显著发生前所需的额外电压。

当板栅合金中存在锑时，有效的析氢过电位会降低。因此，在充电过程中，更多的电流被分流用于水分分解，而不是转化为电化学能储存起来：

• 氢气在负极析出。
• 氧气主要在正极析出。
• 电解液中的水被消耗，增加了失水量并需要补水。

这种效应在过充或电池保持在较高浮充电压时尤为显著。

锑会迁移到负极板

正极板栅中的锑会溶解或浸出到电解液中，并沉积在负极活性物质上。

这种沉积的锑创造了更有利于析氢的位点。结果，负极板可以在较低的充电电位下持续产生氢气，从而在电池的使用寿命期间增加析气量和浮充电流。

阀控式铅酸（VRLA）电池尤其敏感

阀控式铅酸电池旨在复合内部产生的氧气并最大限度地减少失水。

然而，过量的氢气产生无法以同样的方式轻易复合。它可以通过阀门逸出或在电池内部积聚，从而破坏水分平衡并可能增加内部压力。因此，VRLA设计通常倾向于使用铅钙或相关的低锑合金。

锑如何增加自放电

自放电是一种寄生电化学反应

自放电发生在电池未连接负载时。活性物质与电解液发生内部反应，逐渐降低荷电状态、比重和可用容量。

锑通过降低负极的析氢过电位加速了这一过程。即使在开路条件下，负极活性物质在析氢和相关腐蚀反应方面也变得更加电化学活跃。

锑迁移产生局部原电池作用

这种影响不仅限于原始板栅的成分。随着锑从正极板栅迁移并沉积在负极上，它形成了局部电化学位点。

这些位点促进了负极活性物质上的寄生反应。因此，即使初始合金成分看起来可以接受，随着电池老化，自放电也会增加。

高温加速了损耗

自放电与温度密切相关。较高的温度会加速化学和电化学反应，导致比重和容量更快地下降。

与较温暖的条件相比，在5°C至15°C左右的范围内储存可以显著减少自放电。因此，在开发测试期间比较合金配方时，应纳入温度控制。

为什么要使用低锑和钙合金

减少锑含量可降低失水

将锑含量从传统的较高水平降低到低锑配方，可以减少析氢、析气和电解液水分的消耗。

这可以在保持锑的一些机械优势（如增加板栅硬度和结构强度）的同时，维持较低的维护需求。

铅钙合金抑制寄生反应

在需要低析气、低浮充电流和低自放电的应用中，铅钙合金被广泛使用。

铅钙锡合金可以进一步改善铸造性能、机械性能和耐腐蚀性。这些配方是免维护电池和VRLA电池设计的常见选择。

合金选择不仅仅涉及锑的百分比

完整的合金化学成分会影响板栅强度、铸造性、耐腐蚀性和电化学行为。

当锑含量大幅降低时，可能需要添加晶粒细化剂并进行严格的工艺控制，以防止制造缺陷或脆性。锡、硒、硫、铜和其他受控添加剂可以影响最终的板栅结构和性能。

材料纯度也控制着自放电

微量杂质会降低析氢过电位

即使标称板栅合金是低锑或无锑的，铅、电解液、隔板或其他原材料中的污染物也可能产生不必要的电化学位点。

这些杂质可能会降低析氢过电位并增加寄生反应。因此，低自放电不仅需要合适的合金设计，还需要高纯度的原材料和电解液。

测试必须将合金效应与污染区分开

对板栅配方进行有意义的比较需要保持以下条件的一致性：

• 电解液纯度
• 活性物质成分
• 化成工艺
• 充电和浮充条件
• 储存温度
• 测量间隔

否则，污染或工艺差异可能会被错误地归因于锑含量。

理解权衡

锑改善了机械性能

使用锑不仅仅是因为历史惯例。它能硬化铅，并能提高板栅强度、铸造性和抗机械变形能力。

这些优势在传统的富液式电池中非常有价值，特别是在需要稳固的板栅结构和循环性能的情况下。

低锑合金需要更严格的制造控制

减少锑或用钙代替它，会使板栅加工对合金控制、氧化、铸造条件和晶粒结构更加敏感。

低析气化学成分并不能自动产生可靠的板栅。机械完整性、耐腐蚀性和尺寸稳定性仍必须经过验证。

公布的自放电率取决于条件

报告的数值随温度、电池寿命、荷电状态、电解液成分、充电历史和测量方法而变化。

对于某些低锑或铅钙基设计，在25°C下约为每天低于0.5%的数值，以及锑基设计较高的数值，应被视为设计和测试参考，而非通用规范。

VRLA性能取决于整个系统

仅改变板栅合金并不能保证VRLA电池具有低失水或长寿命。

隔板设计、氧复合效率、充电电压、电解液饱和度、热管理和阀门行为都必须与合金化学成分相协调。

如何将其应用于您的项目

根据电池的操作优先级选择合金，并在受控的电化学和热条件下进行验证。

• 如果您的首要重点是最小析气和免维护运行： 使用低锑或铅钙基板栅配方，并特别注意浮充电压和VRLA氧复合行为。
• 如果您的首要重点是最大板栅强度和传统富液电池的耐用性： 保留适当的锑含量，但要量化由此产生的失水、气体析出和与老化相关的自放电。
• 如果您的首要重点是长保质期： 使用受控储存测试（最好在预期的温度范围内）评估低锑或铅钙/铅钙锡合金。
• 如果您的首要重点是可靠的开发数据： 控制电解液和原材料的纯度，然后测量随时间变化的气体析出、浮充电流、比重损失和容量保持率。

最可靠的设计是在板栅机械要求与锑的电化学成本之间取得平衡，当低析气和低自放电是主要目标时，应使用低锑或钙基化学成分。

总结表：

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