如何提高航镉镍蓄电池的容量与使用寿命

如何提高航镉镍蓄电池的容量与使用寿命

时磊

河北保定莲池区飞机场  河北省保定市  071000

航空镉镍蓄电池作为飞机空中电瓶使用时，其主要用途有：

（1）当飞机上发电系统不工作或发生故障时作为辅助电源或应急电源向重要用电设备供电。

（2）作为飞机发动机的起动电源。

（3）在某些特殊情况下（如无电源时），也可以用作飞机某些小功率用电设备飞行前检查的电源。正常情况下，由发电机向用电设备供电，同时对空中电瓶充电。

电解液相当于蓄电池的“血液”，对蓄电池的放电能力、寿命、安全性、稳定性起着相当重要的作用，是蓄电池日常维护中的重要环节，特别是对航空蓄电池特别关键。碱性电解液极易与空气中的二氧化碳发生反应，不易配置与保存，且容易混进杂质沉淀和悬浮不明物，特别是溶进盐性溶质后不易发现，造成电解液碱性下降。空中电瓶电解液在运用中由于二氧化碳的进入、水分散失及出现电池爬碱现象,使电解液的有效成分、浓度、密度、液位、外观、体积密度等发生变化，导致指标中一项或几项不合格，这都会造成电池容量不足或者电池欠压，而这些对于飞机造成的损失可能是致命的，轻则不能启动发动机，重则烧坏用电设备，特别是在紧急情况下，例如空中停车的情形，若蓄电池欠压，后果将不堪设想。本文对电解液配制和使用过程中容易出现质量问题的环节和可采取的应对方案进行分析与研究。

1.航空镉镍蓄电池电解液的配制原理

航空镉镍蓄电池的化学反应原理为：

位于负极的镉（Cd）和氢氧化钾（KOH）中的氢氧根离子（OH-）化合成氢氧化镉，并附着在阳极上，同时也放出电子。电子沿着回路至阴极，和阴极的二氧化镍与氢氧化钾溶液中的水反应形成氢氧化镍 和氢氧根离子氢氧化镍会附着在阴极上，氢氧根离子则又回到氢氧化钾溶液中，故氢氧化钾溶液浓度不会随着时间而下降。

放电反应式:

负极反应：Cd-2OH- →Cd(OH)2+2e-

正极反应：2e-+NiO2+2H2O→Ni(OH)2+2OH-

总反应：  Cd+NiO2+2H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2

充电反应式:

正极反应：Ni(OH)2+2OH-→2e-+NiO2+2H2O

负极反应：Cd(OH)2+2e-→Cd+2OH-

总反应：  Cd(OH)2+Ni(OH)2→Cd+NiO2+2H2O

由上述分析可知，维持电解液中氢氧根离子浓度，也就是氢氧化钾浓度和纯度是对电解液的基本要求。可能影响氧化钾溶液浓度和纯度的原因主要有以下两个方面：

1.1配制溶液过程

（1）选用KOH质量不高，纯度不达标、含杂质；包装密封不严，过保质期。

（2）KOH溶解过程中，溶液易于空气中的二氧化碳反应，产生产生碳酸钾，其反应方程式为：

2KOH+CO2→K2CO3+H2O

当电解液中K2CO3浓度超过50g/L时就会对蓄电池产生不利影响，经过简单的计算就可以得出10g的CO2就可以污染约600mL的KOH电解液，而空气中含有大量的CO2，若操作不当，电解液活性将受到严重影响，不仅如此，电解液中的K2CO3还会增加电解液的密度，此时若按照标准密度进行电解液调整将会使电解液中OH-减少。这些可能会造成蓄电池容量变小甚至内阻变大，蓄电池内阻的增大不易察觉，但内阻一旦增大，蓄电池的供电能力将受到影响，严重时会导致飞机难以启动，此类情况一旦发生，后果将难以估量。

1.2使用和充放电过程

航空电瓶在使用和充放电过程中，气塞经常处于拧松状态，难以避免的会有CO2气体的混入，特别是充电过程以及充电后需搁置的时间段内，电解液与CO2接触反应不可避免，若操作失误，容易使注液口完全敞开，造成电解液中碳酸盐含量过多，偏离技术要求，严重影响空中电瓶性能。

此外，在电解液配制和存放过程以及使用过程中，还有可能混进有机物和其他杂质这类污染对电解液的影响更加复杂。

2.解决方案

针对电解液偏离技术要求的原因，本文提出以下解决方案：

（1）对纯净水和KOH原料严格把关，确保纯度与质量，同时对原料保质期和外包装严格检查，过期和外包装损坏的原料不能使用。

（2）选用专用的容器配制电解液，对容器的稳定性和耐碱性能进行检验，以免混有有机物等杂志。建议使用碱性容器，使配制溶液过程与空气隔绝，且便于搅拌能过滤杂质。

（3）建议研制或引进碱性电解液质量维护系统，科学控制电解液的技术标准。

（4）严格蓄电瓶的维护保养规程。严禁碱性工作间存放酸性物质，严禁携带酸性物质如碳酸饮料进入工作间；充放电过程中应将气塞拧松，放在电池注液口处，不得取下，不得超过规定时长充电，以控制CO2的进入和金属离子的挥发。