VRLA蓄電池在循環(huán)使用條件下,電池的失效主要是由正極活性物質(zhì)(PAM)的軟化、脫落所致。
鉛酸電池循環(huán)過(guò)程中,正、負極活性物質(zhì)經(jīng)歷了可逆的溶解再沉積過(guò)程,改變了多孔二氧化鉛電極的結構。尤其對二氧化鉛電極,可能會(huì )引起表觀(guān)體積的增加,改變顆粒和孔尺寸的分布，多孔二氧化鉛結構中顆粒之間的機械結合性能和導電性能降低，隨著(zhù)循環(huán)的繼續,這種情況還會(huì )進(jìn)一步的惡化,結果使得該區域的活性物質(zhì)軟化和脫落。
(2)放電電流對蓄電池壽命影響
在光伏系統中,蓄電池的放電電流非常小。在小電流條件下形成的PbSO4比大電流條件下形成的PbSO4轉化困難得多。這是因為在小電流條件下形成的PbSO4結晶顆粒要比大電流條件下形成的PbSO4結晶顆粒粗大，粗大的PbSO4結晶顆粒減少了PbSO4的有效面積,這樣在再充時(shí)加速了極板極化,導致PbSO4轉化困難，隨著(zhù)循環(huán)的繼續,這種情況還會(huì )更加加劇,結果使得極板充不進(jìn)電，導致蓄電池壽命終止。
(3)深度放電后蓄電池容量恢復
在光伏系統中,蓄電池的放電率要比蓄電池應用在其它場(chǎng)合低,通常介于C20～C240，甚至更低。小電流下深度放電意味著(zhù)極板上的活性物質(zhì)將得到更充分的利用。在許多光伏系統中,通常不會(huì )發(fā)生深度放電,除非充電系統出現故障或者持續長(cháng)時(shí)間的壞天氣。在這種情況下,如果蓄電池得不到及時(shí)的再充電,硫化問(wèn)題將更加嚴重,進(jìn)一步導致容量損失。
(4)酸分層對蓄電池壽命影響
電解液分層現象是由于重力的作用在電池的充放電過(guò)程中產(chǎn)生的，即充電時(shí)正負極板表面都產(chǎn)生H2SO4,它的密度大,因重力的作用而下沉。在放電時(shí),正負極板表面均消耗H2SO4,故表面液層密度小,低密度的電解液順著(zhù)極板間上升,而極群上部高密度的電解液則從極群側面向下,電解液流動(dòng)的結果造成了上部密度低、下部密度高。分層現象的產(chǎn)生對蓄電池的使用壽命和容量均產(chǎn)生不利影響，加速了板柵的腐蝕和正極活物質(zhì)的脫落,導致負極板硫酸鹽化。
(5)電液密度對鉛蓄電池壽命的影響
電解液的濃度不僅與蓄電池的容量有關(guān)，而且與正極板柵的腐蝕和負極活性物質(zhì)硫酸鹽化有關(guān)。過(guò)高的硫酸濃度加速了正極板柵的腐蝕和負極活性物質(zhì)硫酸鹽化，并導致失水加劇。
(6)板柵合金的影響
VRLA蓄電池，由于長(cháng)期使用,正極板柵會(huì )在電解液的作用下逐步腐蝕并長(cháng)大,板柵的長(cháng)大使活物質(zhì)和板柵的結合性降低,從而導致電池容量逐漸喪失。這種正極板柵的腐蝕和長(cháng)大主要受板柵的合金組成、電解液密度以及板柵筋條形狀等因素的影響。
在蓄電池充電過(guò)程中,板柵和活性物質(zhì)的接口上形成非導電層,這些非導電層或低導電性層在板柵和PAM界面引起了高的阻抗,導致充放電時(shí)發(fā)熱和板柵附近PAM膨脹,從而限制了電池的容量(即所謂的PCL效應)。
(7)極板的厚度的影響
極板的厚度應屬于電池設計方面的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，較厚極板的循環(huán)壽命要長(cháng)于較薄極板，而活性物質(zhì)利用率相比之下要差一些。但有利于循環(huán)循環(huán)壽命的延長(cháng)。
(8)裝配壓力的影
裝配壓力對VRLA電池壽命有很大影響,AGM隔板彈性差,組裝時(shí),極群不加壓或壓力過(guò)小,隔板和極板之間不能保持良好的接觸,電池容量大大下降。
在循環(huán)過(guò)程中，活性物質(zhì)的膨脹、疏松、脫落是電池壽命提前終結的原因之一，而采用較高的裝配壓力可以防止活性物質(zhì)在深循環(huán)過(guò)程中的膨脹。若裝配壓力太低，還會(huì )導致隔板過(guò)早地與極板分離，引起電液傳輸困難，電池內阻迅速增大，容易導致蓄電池壽命終止。因此，采用較高的裝配壓力是電池具有長(cháng)循環(huán)壽命的保證。
(9)溫度的影響
高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用，低溫會(huì )引起負極失效，溫度波動(dòng)會(huì )加速枝晶短路等等，這些都將影響電池壽命。在一定環(huán)境溫度范圍放電時(shí)，使用容量隨溫度升高而增加，隨溫度降低而減小。在環(huán)境溫度10～45℃范圍內，鉛蓄電池容量隨溫度升高而增加，如閥控密封鉛蓄電池在40℃下放電電量，比在25℃下放電的電量大10%左右，但是，超過(guò)一定溫度范圍，則相反，如在環(huán)境溫度45～50℃條件下放電，則電池容量明顯減小。低溫(<5℃)時(shí)，電池容量隨溫度降低而減小，電解液溫度降低時(shí)，其粘度增大，離子運動(dòng)受到較大阻力，擴散能力降低;在低溫下電解液的電阻也增大，電化學(xué)的反應阻力增加，結果導致蓄電池容量下降。其次低溫還會(huì )導致負極活性物質(zhì)利用率下降，影響蓄電池容量，如電池在-10℃環(huán)境溫度環(huán)境溫度下放電時(shí)，負極板容量?jì)H達35%額定容量。
通常情況下，若在25℃條件下使用時(shí)，蓄電池的壽命為3年，那么30℃條件下使用時(shí)，就下降至2.5年;40℃時(shí)就下降至1.5年。即以25℃為基準，每升高10℃，其使用壽命縮短一半
四.光伏系統用儲能VRLA蓄電池的設計實(shí)踐
根據光伏系統用蓄電池的工作條件以及對光伏系統用蓄電池性能的特殊要求，結合上述影響蓄電池壽命的因素，在原VRLA蓄電池的基礎上進(jìn)行了一系列的研究和技術(shù)改進(jìn)，設計開(kāi)發(fā)了光伏系統專(zhuān)用VRLA蓄電池。具體改進(jìn)措施包含以下幾方面：
(1)板柵合金：采用了適合與循環(huán)使用鉛銻或者鉛鎘板柵合金，既能防止極板在使用過(guò)程中腐蝕增長(cháng)，又可***板柵和活性物質(zhì)的界面上的阻擋層，杜絕了早期容量衰減。其充電效率和深放電后的恢復性能都很理想。由于鎘為有毒元素，現在限制使用。但由于鉛銻合金電池，失水嚴重，現在一般做成開(kāi)口式蓄電池需要定期補水，需要人員定期維護。
(2)板柵結構：采用了特殊的板柵結構，可防止因板柵增長(cháng)而導致蓄電池損壞，并增加了板柵的厚度，以延長(cháng)蓄電池的使用壽命?，F在常用管式正極板柵設計，有限解決了因活性與板柵之間接觸不好的問(wèn)題。
(3)鉛膏：在正、負鉛膏中，添加能增加導電性的添加劑，如石墨、乙炔黑等，并改進(jìn)和膏工藝和固化工藝，提高了蓄電池的充電接受能力、過(guò)放電后容量恢復能力和深循環(huán)壽命。
(4)裝配壓力：提高了電池的裝配壓力，以提高蓄電池的循環(huán)使用壽命。采用了高強度緊裝配技術(shù)，確保蓄電池緊裝配壓力得以實(shí)現。
(5)電解液：降低了硫酸電解液的比重，并添加了特殊的電液添加劑，可以降低對極板的腐蝕，減少電液分層的產(chǎn)生，提高了電池的充電接受能力，和過(guò)放電性能。
(6)雜質(zhì)的控制：對各種材料的雜質(zhì)(如Sb、Fe、Ni等)進(jìn)行嚴格的控制，特別是合金中雜質(zhì)的控制，降低了電池的自放電，杜絕了負極總線(xiàn)腐蝕現象的發(fā)生。
(7)正負活性物質(zhì)的配比：針對光伏系統用儲能VRLA蓄電池的充放電特點(diǎn)，調整了正負活性物質(zhì)的配比，提高蓄電池的循環(huán)壽命。
(8)安全閥：對安全閥還考慮了海拔2500m以上的高原氣候的影響，特別調整了開(kāi)閉閥壓力，采用專(zhuān)用安全閥。
(9)電池結構：降低了電池總高度。采用用矮型結構生產(chǎn)，可以大大降低由于電液分層現象導致蓄電池的使用壽命和容量受到不利影響。但由于膠體電池不易出現電解液分層現場(chǎng)，無(wú)此限制。
(10)蓄電池各單體電池的一致性：這里提到的一致性不僅是指電池的開(kāi)路電壓，初期容量，還包括電池的內阻，自放電，以及充電效率等，這就要求足夠的制造精度，即從鉛粉、鑄片、和膏、涂片、固化、化成、干燥裝配、加酸、充電到最后的四項功能檢測都必須控制在較小的公差范圍內，所以采用機鑄、機涂、組立機裝配以及精確注酸是確保電池一致性的可靠保證，盡量減少人為因子。
總結
由于光伏發(fā)電系統用轉化效率低，成本高，以及沒(méi)有相應配套的鼓勵發(fā)展的法律法規，使得光伏系統發(fā)展較慢。但發(fā)展新型能源是大勢所趨，必將高速發(fā)展。而儲能蓄電池目前主要包括鎘鎳蓄電池和鉛酸蓄電池，其中鎘鎳電池正逐步被淘汰。鉛酸蓄電池包括富液式和貧液式，必將在近幾年在光伏發(fā)電系統都得到的應用。
