風光互補發(fā)電系統(tǒng)（閥控式膠體電池篇）

風光互補發(fā)電系統(tǒng)的電站一般安裝在偏僻遠離電網(wǎng)的地區(qū)：如森林叢林、沿海流域、河流湖泊、高速公路、沙漠地區(qū)、高山地區(qū)、礦山地區(qū)、海上平臺等等；風光互補發(fā)電系統(tǒng)中閥控式膠體電池部分屬于儲能部分，對于系統(tǒng)選型、存儲恒溫、低溫場景應用都有特別的解決方案。

閥控式膠體蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理：

閥控式膠體蓄電池是對液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進，用膠體電解液代換了硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面優(yōu)于較普通電池；閥控式膠體蓄電池采用二氧化硅凝膠狀電解質(zhì)，內(nèi)部無游離液體存在，在同等體積下電解質(zhì)容量大，熱容量大，熱消散能力強，能避免一般蓄電池易產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象；電解質(zhì)濃度低，對極板的腐蝕作用弱；濃度均勻，不存在電解液分層現(xiàn)象，從而在風光互補發(fā)電系統(tǒng)中使用壽命方面得到很大的提升。

電池具備閥控氣壓設計，電池充電時，正極會析出氧氣，負極會析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達到70%時就開始，析出的氧到達負極，跟負極起下述反應，達到陰極吸收的目的。2Pb十O2=2PbO，2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20。負極析氫則要在充電到90%時開始，再加上氧在負極上的還原作用及負極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應，利用陰極吸收原理使電池得以密封的。

P圖

1.極板

活性物質(zhì)二氧化鉛（正極）和海綿狀鉛（負極）都是疏松的多孔體，需要固定在載體上。用鉛或鉛基合金制成的柵欄片狀物為載體，使活性物質(zhì)固定在其中，這種物體稱之為板柵。它的作用是支撐活性物質(zhì)并傳輸電流。電池采用Pb-Sb合金制作正負極板柵。電池對板柵要求極為嚴格，負板柵應該具有很大的析氫過電位，正極板柵應該具有很低的腐蝕速率，所以通常選用Pb-Ca-Sn-Al或Pb-Sb-Cd作正極板柵材料，Pb-Ca合金作負極板柵材料。

鉛粉（主要成分為PbO）與稀硫酸混合后鉛膏后填涂在板柵上并經(jīng)固化、干燥等，再于稀硫酸中化成就可分別形成正負極活性物質(zhì)。鉛膏中可添加纖維來提高活性物質(zhì)的機械強度；另外正極鉛膏中可添加碳素材料（如石墨、碳纖維或乙炔黑等）來提高正極活性物質(zhì)的利用率；負極鉛膏中可添加BaSO4、炭黑、腐植酸、木質(zhì)素等膨脹劑來防止負極活性物質(zhì)收縮及負極板變形，添加松香、甘油和萘等抑制氫氣發(fā)生和防止生極板的氧化。

2.隔膜

電池中隔膜的作用是：①防止正負極板短路和活性物質(zhì)的脫落；②吸收并保持電解液；③作為氧氣、離子傳輸通道。

電池隔膜，一直被國內(nèi)外廣泛使用的是超細玻璃纖維隔膜（AGM）。這種隔膜一般以堿玻璃為原料，經(jīng)高溫熔化制成一次纖維，再經(jīng)高溫高速氣流牽引形成直徑小于3μm的超細纖維，最后以抄紙法的工藝生產(chǎn)成隔膜。

隔膜質(zhì)量和性能的好壞將影響蓄電池內(nèi)阻、氧復合效率、蓄電池大電流放電性能及蓄電池使用容量。AGM隔膜應該具有如下特性：

①優(yōu)良的耐酸能力和抗氧化能力；

②厚度均勻一致，外觀無針孔、無機械雜質(zhì)；

③孔徑小孔率大；

④吸收和保留電解液能力強；

⑤電阻低，能保證導電離子自由遷移；

⑥具有一定的機械強度，耐折性好，能保證蓄電池工藝操作要求；

⑦雜質(zhì)含量低，尤其是鐵、銅的含量要低。

3.安全閥

電池蓋子上裝置有單向節(jié)流閥（也叫安全閥）：

①使電池保持一定的內(nèi)壓，以提高密閉反應效率；

②當電池內(nèi)部氣壓過高時，排氣閥自動打開，排出氣體，防止殼蓋變形或發(fā)生爆炸；

③在電池內(nèi)部壓力正常的條件下，防止外部空氣進入電池。

④防止電解液蒸發(fā)，避免電池干涸。

4.電解液

電池中，電解液分別與活性物質(zhì)PbO2組成氧化鉛電極，或以活性物質(zhì)Pb組成鉛電極，用來參與電極反應和傳導電流。

工業(yè)硫酸含雜質(zhì)較多，不適合蓄電池使用，因此蓄電池必須使用嚴格控制雜質(zhì)含量尤其是鐵、氯、銅含量的硫酸。另外用于配制電解液的水也要使用嚴格控制雜質(zhì)含量的純水，純水可以采用離子交換法制得，其純度可用電導率表示，電導率越小，說明純水雜質(zhì)含量越低。

電解液密度對電解液的冰點、粘度、電池電動勢、正極板柵腐蝕、負極板活性物質(zhì)硫酸鹽化等都有密切關系，設計電池電解液密度時需要綜合考慮以上各因素。電解液密度隨著溫度的升高而減小。

5.殼蓋

用于盛裝電池的正、負極板、隔膜和電解液，以及附件的容器稱為電池槽，包括電池殼和電池蓋。電池殼蓋目前采用PP、ABS、PVC等材料，但主要以ABS為主。ABS是丙烯腈-丁二烯-本乙烯的三元共聚物，ABS樹脂為粒狀或珠狀，不透明，無毒無味。采用ABS塑料制作的電池殼蓋主要優(yōu)點是機械性能好，其抗沖擊強度、拉伸強度和硬度都較大。

閥控式膠體蓄電池優(yōu)勢：

1.質(zhì)量高，循環(huán)壽命長。膠體電解質(zhì)可對極板周圍形成固態(tài)保護層，保護極板避免因震動或碰撞而產(chǎn)生損壞，破裂，防止極板被腐蝕，同時也減少了蓄電池在大負荷使用時產(chǎn)生極板彎曲和極板間的短路，不至于導致容量下降，具有很好的物理及化學保護作用，是普通鉛酸電池壽命的兩倍。

2.單體電池的內(nèi)阻、容量、浮充電壓一致性好，無需均衡充電，免維護。膠體電池最簡單的做法是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液呈膠態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別不僅僅在于電液改為膠凝狀。例如非凝固態(tài)的水性膠體，從電化學分類結(jié)構(gòu)和特性看同屬膠體電池。又如板柵中解分高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應用特色。

3.使用安全，利于環(huán)保，屬于真正意義上的綠色電源。膠體電池的電解質(zhì)呈固態(tài)，密封結(jié)構(gòu)，凝膠電解液，永不漏液，使電池內(nèi)每一部位的比重保持一致。使用特殊的鈣鉛錫合金板柵，更耐腐蝕，充電接受能力更好。 采用超高強度隔板避免短路的產(chǎn)生。 進口優(yōu)質(zhì)安全閥，精確閥控調(diào)節(jié)壓力。裝備了過濾酸霧隔爆裝置，更安全可靠。使用時無酸霧氣體析出，無電解質(zhì)外溢，生產(chǎn)過程中不含對人體有害元素，無毒，無污染，避免了傳統(tǒng)鉛酸電池在使用過程中電解質(zhì)大量外溢滲透。浮充電流小，電池發(fā)熱量少，電解液不發(fā)生酸分層。

4.深放電循環(huán)性能好。電池深放電后再及時補充電的情況下容量能100%得到回充，能迎合高頻率、深程度放電的需要，因此其使用范圍比鉛酸蓄電池更廣泛。

5.自放電小，深放電性能好，充電接受能力強，上下電位差小，電容量大。在低溫啟動能力，荷電保持能力，電解液保持能力，循環(huán)耐久能力，耐震動性能，耐溫變性能等方面有顯著提高。在20℃室溫下儲存2年，無需充電即可投入運行。

發(fā)電系統(tǒng)中電池安裝/選型注意事項：

?電池在充電時電解液中的水分，被電解之后會產(chǎn)生氫氣和氧氣，這些都是易燃易爆氣體，當電池中或空氣中的含氫量累積至爆炸極限時，外部遇到明火，極可能會發(fā)生燃燒或爆炸。所以電池存儲需要保持通風環(huán)境，避免密閉環(huán)境使用。

?電池安裝前需要考慮好恒溫問題。避免電池安裝太陽光能直接暴曬，因為溫度高會加速電解液的揮發(fā)，影響電池壽命?？墒褂秒姵氐芈裣浒央姵卮鎯υ诘孛嫦?，存儲高度根據(jù)不同地區(qū)的凍土層厚度，建議安裝在凍土層以下位置最為佳。

?標準電池柜地面安裝。電池柜設計需要有足夠的安全距離和空間，需要具備良好的通風設計，避免陽光直射暴曬。

?電池極板硫酸鹽化。長期充不飽電，放電后長時間擱置，不及時充電，酸密度過高， 長期過放電都會嚴重減少電池的壽命。

審核編輯 黃昊宇