[发明专利]一种利用超声波对蓄电池进行充放电的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种铅酸电池的循环生产方法，其目的是从根源上消除废旧铅酸电池可能存在的环境危害，使价廉物美的铅酸电池能够继续在社会生活中发挥作用，而不带来任何铅，硫酸污染问题。

背景技术

铅酸电池(Lead-acid battery)电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。自法国人普兰特(G.Plante)于1859年发明铅酸蓄电池，已经历了近150年的发展历程，铅酸蓄电池在理论研究方面，在产品种类及品种、产品电气性能等方面都得到了长足的进步，不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。近年来，随着城市化的加速和城市范围的扩大，交通流量剧增。虽然汽车等交通工具发展迅速，但受到使用价格相对昂贵和油价上涨等因素的影响，使电动自行车以其轻捷，方便，价格低廉等优势，在国内市场深受广大消费者的欢迎。铅酸电池因性价比高、功率特性好、自放电小，价格便宜，近年来在电动自行车中又得到了应用，在相当长一段时间内还不可能被其它可充电电池取代，属于高污染风险但又无法立刻消除的典型产业。但铅酸电池存在比功率低，不能快速充放电等不足，其中致命弱点是电极上的活性物质PbSO4会逐渐污染极板，使之不能发生正常的化学反应，电解液中的SO42-经反应形成PbSO4，并逐步结晶附着在电极上，也就是引起通常所说的硫酸盐化(Sulfation)，由于硫酸盐化，引起电解液质量浓度下降，而随着电解液质量浓度的降低，电压也降低。因此，性能劣化的电池在充电时有大量电流通过，引起水的电解反应，液温上升到50～60℃，会产生大量的氢气与氧气，并继续发生充电不足的状态，使PbSO4逐步结晶化，当这种PbSO4白色大结晶体覆盖在整个电极表面时，即使继续充电，也不能恢复电池性能。硫酸盐化使得电池容量和电流特性恶化，性能逐步降低。使用一段时间以后，铅酸电池能够储存和放出的电量会大大减少，不再能满足使用者的要求，此即废旧铅酸电池。一般认为铅酸电池在正常使用过程中，由于不完全充放电或长期处于待使用的状态时，其电池内部会不断产生结晶硫化物，并且结晶硫化物覆盖在极板上阻碍了电化学反应的正常运行，并且影响电能的输出。而且随着极板上结晶硫化物的不断增多，铅酸电池的容量会不断的下降，直至完全失效为止。另外，铅酸电池的负极板在放电时，当氧化铅与硫酸溶液进行电化学反应时会产生硫酸铅，且硫酸铅物质系以结晶方式存在。通常，因缓慢放电所形成的大颗粒硫酸铅结晶以及过度的大电流充电与放电皆会造成过于紧密的硫酸铅结晶。当大颗粒的硫酸铅结晶覆盖于负极板上面会掩盖活性物质，因而产生硫化的现象，或称「假性电量现象」。若铅酸电池的覆盖程度加大时，则会逐渐丧失电荷的充放电能力。目前的铅酸电池中，其寿命终结的原因有70％以上属于硫化所引起的。已有的技术将只有通过电池拆解进行处理。目前，已有一些工业化的技术对这种废铅酸电池进行了回收利用。在已有的铅酸电池回收方案中，一般使用金属铅熔点较低的特点(只有327.4℃)把废旧铅酸电池中绝大部分铅回收。而铅酸电池中其它成分，如硫酸铅、二氧化铅等等必须经脱硫之后，再按已有的冶铅工艺冶铅。这样一方面会消耗一定量的碳酸钠或氢氧化钠等，同时产生相当数量的低价值硫酸钠或硫酸铵，经济效益大打折扣。另外，即使其他问题都得到了解决，还原得到的铅必须分别经制粉、氧化得到氧化铅，才能在铅酸电池中得到应用，因此存在工艺流程长，环境污染风险高，能耗高的问题。除此之外，国际国内也开发了一些湿法工艺。例如，中国专利申请CN101291008A就报到了一种所谓酸式湿法电解回收废旧铅酸电池中铅的方法。该方法将分离得到的电池单元用双电源多模块电解工艺还原得到铅。该方法有一个缺点，就是所有的含铅化合物全部转变为铅，这意味着要耗费大量的电能，同时也存在前面所述的问题。尽管如此，铅酸电池的回收再利用也牵扯大量的技术、经济和环境保护因素，若方法不当，可能会导致经济效益低下和二次环境污染的问题。据调查，一些废旧电池经走街串巷的小收购户从电动车厂家及电动车维修点流向一些小再生铅厂。有些小再生铅厂并没有废电池处置资质，加上一些小收购个体户普遍缺乏环境保护意识，在收集、转运过程中随意拆解，将废旧铅酸蓄电池中的有毒酸液任意处置，因此回收过程存在严重的环境污染风险，可能严重危及人体健康。针对废旧电池资源化研究存在的问题，我们率先提出了环保可循环再生电池的概念。其核心思想是二次电池的资源化不再以提取其中的贵重元素为目标，代之而起的是将废旧电池不拆解，不倾倒毒酸液，通过一种利用超声波对蓄电池进行充放电的方法及装置，从而将硫酸盐化的废旧铅酸蓄电池转变成环保可循环再生电池。