AGM隔板氯離子的處理與研究

戴旭鵬，朱瀟，章勇，張明豪

(中材科技膜材料公司，南京 210012)

?

AGM隔板氯離子的處理與研究

戴旭鵬，朱瀟，章勇，張明豪

(中材科技膜材料公司，南京 210012)

摘 要：介紹了AGM隔板中氯離子產(chǎn)生的原因以及對鉛酸蓄電池的危害，并研究在線噴淋去離子水工藝對AGM隔板性能的影響。試驗結(jié)果表明：合理地控制去離子水酸性和置換率可以改善AGM隔板的性能。

關(guān)鍵詞：AGM隔板；氯離子；去離子水；酸性和置換率

0前言

鉛酸蓄電池是目前世界上產(chǎn)量最大、用途最廣的一種電池，但電池中氯含量的控制仍是一個亟待解決的難題。氯離子作為雜質(zhì)離子會使鉛酸蓄電池的正極板硫酸鹽化，并在持續(xù)的充放電循環(huán)反應(yīng)后使極板嚴重損壞；另外，充電時氯離子會在正極反應(yīng)生成氯氣，易發(fā)生爆炸的危險[1]。AGM隔板作為鉛酸蓄電池的重要組成部分，具有隔離電池內(nèi)部正負極、防止正負極接觸短路，固定電解液并允許電極間離子的流動等作用。控制AGM隔板的氯離子含量，將直接改善鉛酸蓄電池的最終性能[2]。

1試驗

本文研究了在線噴淋去離子水工藝對AGM隔板性能的影響，并從去離子水置換率和酸性的變化等方面對AGM隔板的性能進行了研究。

1.1.氯含量測試方法[3-4]

測試原理：試樣中的氯在常溫下被稀硫酸浸出，在硝酸微酸性溶液中，與銀離子生成氯化銀膠體渾濁小沉淀，均勻地懸浮于溶液中，比濁測定氯含量。

測試方法：根據(jù)GB/T 28535-2012中測定AGM隔板氯含量的操作標(biāo)準(zhǔn)，稱取10 g(精確至0.01 g)已制備好的試樣，置于250 mL燒杯中，準(zhǔn)確加入200 mL密度為1.28 g/cm3的硫酸溶液，蓋上表面皿，在25 ℃下浸泡24 h。用干濾紙或干漏斗過濾于干燒杯中，濾液為待測液，測試氯離子含量。

用移液管吸取20 mL待測液，置于50 mL比色管中，于另一個50 mL比色管中加入20 mL(原浸泡隔板試樣所用)密度為1.28 g/cm3的硫酸溶液為空白液，兩管同時加入2 mL 硝酸溶液(硝酸與水的體積比為1∶4)，用蒸餾水稀釋至40 mL，加2 mL 2%硝酸銀溶液，搖勻。向空白液比色管滴加氯標(biāo)準(zhǔn)溶液，同時向待測液比色管加蒸餾水至兩比色管渾濁程度、體積一致，在暗處放置15 min不發(fā)生變化，記下消耗氯標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積以計算氯含量。

1.2拉伸強度測試方法

根據(jù)GB/T 28535-2012中測定AGM隔板拉伸強度的操作標(biāo)準(zhǔn)，沿隔板成型方向裁取5個試樣，試樣長為100 mm、寬為15 mm，在試樣上作出夾距為50 mm的標(biāo)記。將試樣夾在拉力機的上、下夾具上并夾緊，不能滑動和損壞試樣，夾具中心線與試樣的中心線同軸，然后以100±5 mm/min的速度拉伸，記錄試樣破壞時的負荷。

1.3酸煮測試方法

用隔板專用沖頭(直徑55 mm)取樣，并用剪刀將沖切毛邊修剪干凈，用500 mL燒杯取密度為1.280±0.005 g/cm3(25 ℃)的硫酸250～300 mL置于1000 W電爐上加熱，電爐上墊有石棉網(wǎng)，當(dāng)酸液開始沸騰后，將裁切好的一片隔板網(wǎng)紋面朝下投入到杯中，并開始計時5 min，在酸煮過程中觀察隔板有無分層、脫落，溶液有無渾濁，并記錄試驗現(xiàn)象。

2試驗過程與結(jié)果分析

2.1AGM隔板原料與接觸介質(zhì)氯離子含量

首先從生產(chǎn)過程入手，對AGM隔板所用原料以及生產(chǎn)中所接觸介質(zhì)的氯含量進行分析測試，結(jié)果如表1。

高堿微纖維玻璃棉因其優(yōu)異的耐酸性能，被廣泛應(yīng)用于AGM隔板的制造。根據(jù)微纖維玻璃棉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 978-2012中對氯含量的要求[5]，微纖維玻璃棉溶出的氯離子含量應(yīng)≤30×10-6。從表1中數(shù)據(jù)可看出，AGM隔板中氯離子的主要來源為微纖維玻璃棉，究其原因為國內(nèi)原材料玻璃球中氯離子含量較高。除微纖維玻璃棉本身含有大量的氯離子外，自來水中同樣含有部分氯離子，由于AGM隔板采用濕法造紙工藝制造，因此生產(chǎn)過程中需要使用大量的自來水，而通常自來水廠在處理水過程中需要使用氯氣或二氧化氯來滅殺細菌或微生物，這就間接導(dǎo)致自來水中含有大量的氯離子，而經(jīng)過多次循環(huán)使用的白水，其氯離子含量更高。如果在隔板生產(chǎn)過程中將自來水全部替換為去離子水，無疑會大幅增加生產(chǎn)制造成本。因此在實際生產(chǎn)過程中，濕紙經(jīng)過前置真空脫水后，會通過在線淋水裝置噴淋去離子水，再經(jīng)過后置真空脫水以置換掉濕紙頁中的水分，從而達到清除氯離子的作用。通常蓄電池廠家對于隔板中氯含量的技術(shù)要求為≤20×10-6，顯然正常的生產(chǎn)工況已不能滿足產(chǎn)品性能要求，因此就需要對隔板氯離子進行處理。

2.2氯離子處理過程對隔板性能的影響

一般隔板生產(chǎn)廠家處理氯離子是通過在線噴淋去離子水來實現(xiàn)，該方法實用簡便，且不會增加太多成本。但該工序的施行會對AGM隔板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能產(chǎn)生一定的影響，將淋水前后隔板的性能進行分析測試，結(jié)果如表2。

從表2數(shù)據(jù)可看出，AGM隔板經(jīng)過噴淋去離子水后，部分性能發(fā)生了較大變化。氯含量較未淋水大幅降低，已滿足客戶的性能指標(biāo)要求，但厚度有所降低，且拉伸強度與酸煮惡化。置換率越高，厚度相應(yīng)就越小，拉伸強度與酸煮惡化也越嚴重。

淋水后隔板的厚度發(fā)生變化，一是由于淋水時去離子水置換掉了濕隔板中的部分酸水，由于玻璃纖維表面具有一定的活性，在酸性條件下其表面會形成硅酸凝膠，從而促進纖維相互粘結(jié)，使得隔板經(jīng)過烘干后具有一定的硬挺性，當(dāng)酸水被稀釋后，纖維表面形成的硅酸凝膠會減少，使得隔板成紙后較為柔軟，因此在100 kPa的壓力下厚度會有所降低；二是濕隔板經(jīng)過去離子水噴淋工序后，其所含的水分會相應(yīng)提高，在經(jīng)過真空脫水時，隔板對真空吸水箱的密封性會更好，使得真空抽吸時作用于隔板上的抽吸力增大，從而促使隔板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為緊實，相應(yīng)的厚度就會有所降低[6-7]。而隔板的拉伸強度會降低同樣也是由于去離子水置換掉了濕隔板中的部分酸水，使得纖維表面形成的硅酸凝膠變少，影響了纖維之間的相互粘結(jié)，從而影響隔板的強度[8-10]。而酸煮是將隔板在沸騰的酸水中泡煮5 min，測試其耐受性且保持完整的能力，其間接反映隔板內(nèi)部纖維之間的結(jié)合強度，所以噴淋去離子水也會對酸煮性能帶來危害。因此我們將去離子水置換率控制在50%，并在此條件下調(diào)節(jié)去離子水的酸性，以測試酸性對隔板拉伸強度和酸煮的影響，結(jié)果如表3。

從表3數(shù)據(jù)可看出，隨著去離子水酸性逐漸增強，隔板的拉伸強度由0.71 kN/m增至0.84 kN/m，且耐酸煮的表現(xiàn)也越來越好；但當(dāng)酸性由一般增至較強時，隔板的強度與酸煮并沒有得到顯著的提升，且酸性過高后一是導(dǎo)致設(shè)備易腐蝕，二是導(dǎo)致隔板較為硬挺，對折后易開裂，影響蓄電池廠家的正常使用。因此將去離子水的酸性控制為一般時較為合適，并在此酸性條件下，我們對去離子水置換率進行調(diào)節(jié)，驗證其對AGM隔板性能的影響，結(jié)果如表4。

從表4數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)去離子水酸性控制為一般時，產(chǎn)品的氯離子含量隨著去離子水置換率的加大而逐漸減小，且都已達到客戶的技術(shù)指標(biāo)要求，但其他性能并沒有顯著的變化。相反，置換率增大后，會加速設(shè)備的腐蝕，且進烘干前濕紙的水分會相應(yīng)提高，從而增加能耗。因此，將去離子水置換率控制為50%時較為合適。

3結(jié)論

(1) 從AGM隔板所用原料以及生產(chǎn)中接觸介

質(zhì)的氯含量可看出，除AGM隔板所使用的微纖維玻璃棉本身含有大量的氯離子外，自來水中同樣含有較多的氯離子，而經(jīng)過多次循環(huán)使用的白水，其氯離子含量更高；

(2) AGM隔板經(jīng)過噴淋去離子水后，氯離子含量大幅降低，但隔板的厚度會略微變薄，拉伸強度與耐酸煮性能都會變差；

(3) 根據(jù)去離子水酸性和置換率對隔板性能影響的測試結(jié)果可看出，將去離子水酸性控制為一般，且置換率控制在50%時較為合適。

參考文獻

[1]石光，陳紅雨.鉛酸蓄電池隔板[M].化學(xué)工業(yè)出版社，北京：2010.

[2]包有富，張華，胡信國.AGM隔板性能對密封鉛酸蓄電池性能的影響[J].電源技術(shù)，2000，24(5)：262-264.

[3]GB/T 28535-2012，鉛酸蓄電池隔板[S].中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2012.

[4]曹培林，張秀艷.關(guān)于AGM隔板測試方法的探討[J].蓄電池，2003，6(2)：90-92.

[5]JC/T 978-2012，微纖維玻璃棉[S].中華人民共和國工業(yè)和信息化部，2012.

[6]吳和平，洗善燮.VRLA用超細玻璃纖維隔板的厚度初探[J].蓄電池，1996，6(3)：16-19.

[7]盧謙和.造紙原理與工程[M].中國輕工業(yè)出版社，北京：2008.

[8]孫小紅.蓄電池用隔板氈氯含量超標(biāo)的試驗分析[J].玻璃纖維，2007，6(6)：9-10.

[9]岳耀奇.玻璃微纖維對AGM隔板強度的影響[J].保溫材料與節(jié)能技術(shù)，2007，6(1)：17-18.

[10]王薇，陳曉紅，王舒成.影響AGM隔板抗張強度的因素[J].蓄電池，2010，6(5)：263-266.

Elimination of Chloride Ions in AGM Seperators

Dai Xupeng，Zhu Xiao，Zhang Yong，Zhang Minghao

(Sinomatech Membrane Materials Co.，Ltd., Nanjing 210012)

Abstract:This article analyzes the causes of chloride ions in AGM separators and their harm to lead-acid batteries.Generally，the chloride ions are eliminated by spraying deionized water.The test has shown that controlling the deionized water acidity and replacement rate can improve the performance of AGM separators.

Key words:AGM separator；chloride ion；deionized water；acidity and replacement rate

中圖分類號：TQ171.77+7.73

文獻標(biāo)識碼：A

收稿日期：2016-03-01

作者簡介：戴旭鵬，男，1981年生，工程師。主要從事玻璃微纖維及其制品的開發(fā)和生產(chǎn)方面的研究。

修回日期：2016-03-03