铅酸电池正板栅腐蚀与蠕变性能研究

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铅酸蓄电池作为目前应用最广泛工艺最成熟的化学电源一直在人们的生活中有着广泛的应用。近年来电动自行车行业蓬勃发展,带动了铅酸蓄电池行业的繁荣,电动自行车轻量化设计要求需要对铅酸电池进行减重,而使得目前使用的铅钙基合金正板栅在使用过程中存在蠕变长大的现象,造成电池寿命大幅下降。本论文采用拉伸性能测试、抗蠕变性能测试、极化曲线测试、电化学交流阻抗谱、直流/交流循环伏安测试等方法,研究了常见铅酸蓄电池正板栅合金的力学性能、耐腐蚀性能及析氧行为进行研究,探讨其在不同条件下的抗蠕变性能与腐蚀机理,建立板栅合金力学性能与耐腐蚀性能综合快速评价体系。金相、晶粒度测量与抗蠕变测试结果表明,合金成分对其晶粒尺寸有影响,0.006~0.010 wt.%范围的稀土 La元素的加入能使合金的晶粒细化,而微量稀土元素0.0006~0.001 wt.%的稀土 La则对合金晶粒尺寸无明显影响,含稀土元素合金的晶粒尺寸随着合金中Bi元素含量的增加呈现先减小后增大的规律。室温力学实验比较了九种合金的抗蠕变性能、抗拉强度、屈服强度及韧塑性。综合力学测试结果,稀土 La元素的加入会提高合金的韧塑性和变形能力但会降低合金的抗蠕变性能,不含稀土的铅钙合金抗蠕变性能及抗拉强度较高,但韧塑性及变形能力较差。综合对九种铅合金的抗蠕变性能进行了对比分析,采用蠕变本构方程探讨了晶粒尺寸对抗蠕变性能影响规律。采用极化曲线测试和循环伏安法研究了不同铅板栅的耐腐蚀性及析氧性能,铅合金中的Bi含量在不超过0.003 wt.%时,随着Bi含量的上升,铅板栅阳极的析氧速率会上升,稀土元素La的加入提高了铅合金的抗腐蚀性能,Ag元素的加入会使铅板栅的析氧超电势降低,析氧量增大。采用交流电化学阻抗谱研究了不同铅板栅在不同电位下的腐蚀及析氧行为,当电位为1.458 V时合金中Bi元素能促进阳极膜上PbSO4的形核进而提高阳极膜的阻抗,电位为1.958 V时稀土元素La可以增加阳极膜α-PbO2的比重增加合金的抗腐蚀性能。交流循环伏安法对合金阳极膜阻抗的研究表明合金的晶粒尺寸越细则合金阳极膜阻抗越低越有利于电池深循环性能的提高。对九种合金板栅制成的电池进行电池循环寿命测试,稀土合金的加入能提高电池的抗腐蚀性能但也降低了合金的抗蠕变性能使得含稀土元素的板栅循环前后伸长率较高。不含稀土元素合金抗蠕变性能好,但韧塑性较差,循环前后部分合金会发生断裂现象,电池循环寿命测试结果与力学实验及电化学实验的结果一致。
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