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VRLA（阀控密封式铅酸）蓄电池的工作原理

VRLA蓄电池的工作原理基本上仍沿袭于传统的铅酸蓄电池，它的正极活性物质是二氧化铅（PbO2），负极活性物质是海绵状金属铅（Pb），电解液是稀硫酸（H2SO4），其电极反应方程式如下：

正极：

负极：

阀控密封式铅酸蓄电池反应方程式：

VRLA蓄电池的设计原理是把所需分量的电解液注入极板和隔板中，没有游离的电解液，通过负极板潮湿来提高吸收氧的能力，为防止电解液减少把蓄电池密封，故VRLA蓄电池又称“贫液铅酸蓄电池”。

VRLA蓄电池在结构、材料上作了重要的改进，如图所示。

蓄电池工作原理示意图

正极板采用铅钙合金或铅镉合金、低锑合金，负极板采用铅钙合金，隔板采用超细玻纤隔板，并使紧装配和贫液设计工艺技术，整个VRLA蓄电池化学反应密封在塑料蓄电池壳内，出气孔上设有单向的安全阀。这种结构的蓄电池在规定充电电压下进行充电时，正极析出的氧（O2）可通过隔板通道传送到负极板表面，还原为水（H2O），由于VRLA蓄电池采用的负极板比正极多出10%的容量，使氢气析出时电位提高，加上反应区域和反应速度的不同，使正极出现氧气先于负极出现氢气，正极电解水反应式如下：

氧气通过隔板通道或顶部到达负极进行化学反应：

负极被氧化成硫酸铅，经过充电又转变成海绵状铅：

这是VRLA蓄电池特有的内部氧循环反应机理，这种充电过程，电解液中的水几乎不损失，使VRLA蓄电池在使用过程中达到不需加水的目的。

尽管生产厂家采取各种技术减少H2与O2两种气体的析出，使它们尽量消化在VRLA蓄电池内部。如让负极板的活性物质过剩，吸收部分先行析出的O2，从而有效控制水的电解，减少电解液的消耗。方程式如下：

但是，绝对控制H2与O2的析出是不可能的，事实上电解液仍要少量地消耗，仍会有少量的氢气与氧气析出。从这方面说，VRLA蓄电池不是“免维护”而是少维护，随着科学技术工艺水平的发展，经验的积累，对电解液消耗的控制能力越来越强，从而有效地减少了对VRLA蓄电池的维护量。

VRLA蓄电池的极栅主要采用铅钙合金，以提高其正负极析气（H2和O2）过电位，达到减少其充电过程中析气量的目的。正极板在充电达到70%时氧气就开始发生，而负极板达到90%时才开始产生氢气。在生产工艺上，一般情况下正负极板的厚度比为6∶4，根据这一正、负极活性物质量比的变化，当负极上绒状Pb达到90%时，正极上的PbO2接近90%，再经少许的充电，正、负极上的活性物质分别氧化还原达95%，接近完全充电，这样可使H2、O2气体析出减少。采用超细玻璃纤维（或硅胶）来吸储电解液，并同时为正极上析出的氧气向负极扩散提供通道。这样，氧一旦扩散到负极上，立即为负极吸收，从而抑制负极上氢气的产生。

VRLA蓄电池在开路状态下，正负极活性物质PbO2和海绵状金属铅与电解液稀硫酸的反应都趋于稳定，即电极的氧化速率和还原速率相等，此时的电极电动势为平衡电极电动势。当有充放电反应进行时，正负极活性物质PbO2和海绵状金属铅分别通过电解液与其放电态物质硫酸铅来回转化。

（1）放电过程

在放电过程中，VRLA蓄电池将化学能转变为电能输出，对负极而言是失去电子被氧化，形成硫酸铅；对正极而言则是得到电子被还原，同样是形成硫酸铅。反应的净结果是外电路中出现了定向移动的负电荷，由于放电后两极活性物质均转化为硫酸铅，所以称为“双极硫酸盐化”理论。

（2）充电过程

在充电过程中，VRLA蓄电池将外电路提供的电能转化为化学能储存起来，此时，负极上的硫酸铅被还原为金属铅的速度大于硫酸铅的形成速度，导致硫酸铅转变为金属铅；同样，正极上的硫酸铅被氧化为PbO2的速度也增大，正极转变为PbO2。

VRLA蓄电池在充放电过程中，VRLA蓄电池的电压会有很大的变化，这是因为正负极的电极电动势离开了其平衡状态而发生了极化。VRLA蓄电池的极化是由浓差极化、电化学极化和欧姆极化三种因素造成的，由于这三种极化的存在才出现了VRLA蓄电池在使用过程中各种充放电电流和充放电电压需严格设置，以免使用不当对VRLA蓄电池的性能造成较大的影响。

为了防止在特殊情况下VRLA蓄电池内部由于气体的聚积而增大内部压力引起VRLA蓄电池爆炸，在设计时，在VRLA蓄电池的上盖中设置了一个安全阀，当VRLA蓄电池内部压力达到一定值时，安全阀会自动开启，释放一定量气体降低内压后，安全阀又会自动关闭。

正因为发现和发明了VRLA蓄电池的阴极吸收原理，才可以把普通铅酸蓄电池做成全密封的，VRLA蓄电池才得以问世。当然，要使VRLA蓄电池的阴极吸收原理得以维持，第一个先决条件就是VRLA蓄电池必须是密封的，不是密封的蓄电池内部不存在一定的内压，正极生成的氧就不可能跑到负极被负极吸收，析出氧就等于是蓄电池失水。蓄电池失水就应补水，需要补水的蓄电池也就不能称