蓄電池是UPS系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它的優(yōu)劣直接關系到整個UPS系統(tǒng)的可靠程度，然而蓄電池卻又是整個UPS系統(tǒng)中平均無故障時間（MTBF）最短的一種器件。如果用戶能夠正確使用和維護，就能夠延長其使用壽命，反之其使用壽命會大大縮短。　　

 

蓄電池的種類一般可分為閥控式密封鉛酸蓄電池、膠體電池等。UPS要求所選用的蓄電池必須具有在短時間內(nèi)輸出大電流的特性。目前，在線運行的蓄電池基本上是這兩種，不屬于鉛酸蓄電池。　　

 

 

機房UPS蓄電池

1、閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)

 

因其體積較小、密封性能好、絕少維護而被廣泛應用于各類UPS電源中。VRLA防止電池內(nèi)部電解液流動有兩種技術方法:一種是將硫酸電解液與SiO2，膠體混合后充滿電池內(nèi)部，制成膠體電池(簡稱GEL)。這類產(chǎn)品產(chǎn)量較低，約占VRLA電池總量的15%!。(MISSING)另一種是利用超細玻璃棉將電解液不飽和地吸附住，制成吸液式電池或貧液式電池(簡稱AGM)。由于后者具有較好的大電流放電性能，在UPS系統(tǒng)中較多采用，國內(nèi)廠家也大多生產(chǎn)AGM蓄電池。

 

2、膠體電池　　

 

膠體電池屬于鉛酸蓄電池的一種發(fā)展分類，最簡單的做法，是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液變?yōu)槟z態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。廣義而言，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，從電化學分類結構和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結附高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應用特色。近期已有實驗室在極板配方中添加一種靶向偶聯(lián)劑，大大提高了極板活性物質的反應利用率，據(jù)非公開資料表明可達到70wh/kg的重量比能量水平，這些都是現(xiàn)階段工業(yè)實踐及有待工業(yè)化的膠體電池的應用范例。膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別，從最初理解的電解質膠凝，進一步發(fā)展至電解質基礎結構的電化學特性研究，以及在板柵和活性物質中的應用推廣。其最重要的特點為：用較小的工業(yè)代價，沿已有150年歷史的鉛酸電池工業(yè)路子制造出更優(yōu)質的電池，其放電曲線平直，拐點高，比能量特別是比功率要比常規(guī)鉛酸電池大20%!以(MISSING)上，壽命一般也比常規(guī)鉛酸電池長一倍左右，高溫及低溫特性要好得多。不論是采用玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱AGM密封鉛蓄電池)還是采用膠體電解液的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱膠體密封鉛蓄電池)，它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。

 

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%時就開始了。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。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。

 

對AGM密封鉛蓄電池而言，AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液，但必須使10%的隔膜孔隙中不進入電解液。正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達負極而被負極吸收的。

 

對膠體密封鉛蓄電池而言，電池內(nèi)的硅凝膠是以SiQ質點作為骨架構成的三維多孔網(wǎng)狀結構，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進一步收縮，使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負極板之間，給正極析出的氧提供了到達負極的通道。

 

由此看出，兩種電池的密封工作原理是相同的，其區(qū)別就在于電解液的“固定”方式和提供氧氣到達負極通道的方式有所不同。

 

三、 電池結構和工藝上的主要差異

AGM密封鉛蓄電池使用純的硫酸水溶液作電解液，其密度為1.29—1.3lg/cm3。除了極板內(nèi)部吸有一部分電解液外，其大部分存在于玻璃纖維膜之中。為了給正極析出的氧提供向負極的通道，必須使隔膜保持有10%的孔隙不被電解液占有，即貧液式設計。為了使極板充分接觸電解液，極群采用緊裝配的方式。

另外，為了保證電池有足夠的壽命，極板應設計得較厚，正板柵合金采用Pb’-q2w-Srr--A1四元合金。

 

膠體密封鉛蓄電池的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低，通常為1.26～1.28g/cm3。電解液的量比AGM式電池要多20%，跟富液式電池相當。這種電解質以膠體狀態(tài)存在，充滿在隔膜中及正負極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著，不會流出電池。

 

由于這種電池采用的是富液式非緊裝配結構，正極板柵材料可以采用低銻合金，也可以采用管狀電池正極板。同時，為了提高電池容量而又不減少電池壽命，極板可以做得薄一些。電池槽內(nèi)部空間也可以擴大一些。

 

四、電池放電容量

初期的膠體蓄電池的放電容量只有富液式電池的80%左右，這是由于使用性能較差的膠體電解液直接灌入未加改動的富液式電池之中，電池的內(nèi)阻較大，電解質中離子遷移困難引起的。

 

近來的研究工作表明，改進膠體電解液配方，控制膠粒大小，摻人親水性高分子添加劑，降低膠液濃度提高滲透性和對極板的親合力，采用真空灌裝工藝，用復合隔板或AGM隔板取代橡膠隔板，提高電池吸液性;取消電池的沉淀槽，適度增大極板面積活性物質的含量，結果可使膠體密封電池的放電容量達到或接近開口式鉛蓄電池的水平。

 

AGM式密封鉛蓄電池電解液量少，極板的厚度較厚，活性物質利用率低于開口式電池，因而電池的放電容量比開口式電池要低10%左右。與當今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。

 

五、 電池內(nèi)阻及大電流放電能力

鉛蓄電池的內(nèi)阻是由歐姆內(nèi)阻、濃差極化內(nèi)阻、電化學極化內(nèi)阻組成的。前者包括極板、鉛零件、電解液、隔極電阻。AGM密封鉛蓄電池所用的玻璃纖維隔板具有90%的孔率，硫酸吸附其內(nèi)，且電池采用緊裝配形式，離子在隔板內(nèi)擴散和電遷移受到的阻礙很小，所以AGM密封鉛蓄電池具有低內(nèi)阻特性，大電流快速放電能力很強。

 

膠體密封鉛蓄電池的電解液是硅凝膠，雖然離子在凝膠中的擴散速度接近在水溶液中的擴散速度，但離子的遷移和擴散要受到凝膠結構的影響，離子在凝膠中擴散的途徑越彎曲，結構中孔隙越狹窄，所受到的阻礙也越大。因而膠體密封鉛蓄電池內(nèi)阻要比AGM密封鉛蓄電池要大。

 

然而試驗結果表明膠體密封鉛蓄電池的大電流放電性能仍然很好，完全滿足有關標準中對密封電池大電流放電性能的要求。這可能是由于多孔電極內(nèi)部及極板附近液層中的酸和其他有關離子的濃度在大電流放電時起到關鍵性的作用。