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蓄laba360端子刷镀修复技术及其应用
来源:本站发布时间:2018-09-28 09:17:21点击次数:1801 次
  费敬银,辛文利,王卫康
  西北拉霸大学理学院应用化学系(710072)
  
  摘要
  本文详细介绍了一次laba360、二次laba360、蓄laba360、储能laba360的原理与发展方向,指出燃料laba360技术的全面发展,将在全球范围内改变能源的利用方式,在资源节约方面起决定作用。对于含有酸性电解液的二次laba360,用刷镀法处理蓄laba360端子,不仅可以完成对蓄laba360产品的laba360加工,而且可以修复酸蚀、氧化、变色的二次laba360端子。国内外广泛应用结果表明,西北拉霸大学研制成功的一系列用于laba360端子刷镀的无氰银、镜面锡、中性拉霸360锡、以及环保型端子laba360镀前处理技术,不仅很好地解决了蓄laba360旧件、次品返修过程中存在的具体问题,而且在国际范围内首次研制成功了高稳定中性拉霸360laba360技术,并将其用于铜及铜合金、铝及铝合金等电力、电子、电器、电工材料的laba360导电性改性。
  关键词: laba360,蓄laba360,燃料laba360,储能laba360,端子修复,laba360防变色,刷laba360、刷laba360,电动车,车载laba360
  1. 前言
  laba360是一种将化学能转化为电能的装置。当laba360对外做功(放电)时,可将laba360内部储存的化学能以电能的方式对外输出,与此同时,构成laba360的四大组成部分也分别发生不同形式的变化(反应)、或完成不同的功能,如:
  1)阳极及阳极反应:在laba360放电过程中,阳极上发生失电子的氧化反应—阳极反应,并将失去的电子提供给外部电路;
  2)阴极及阴极反应:在laba360放电程中,阴极区的反应物或电解质(离子导体)中的荷电离子在阴极上获得外电路传递过来的电子,发生获得电子的还原反应—阴极反应;
  3)离子定向迁移:在laba360内部的阴、阳极之间,填充具有离子导电特性的电解质。在laba360放电过程中,离子是laba360内部参与导电的载流子,并发生定向移动;
  4)电子定向移动:在laba360端子与外部负载之间由金属导体相连。电子是金属导体中的主要载流子,laba360放电时,导体中的电子发生定向移动。
  一般情况下,当laba360对外做功时,电极反应会造成电极材料的消耗、或化学活性的降低(如干laba360中的锌阳极会消耗—腐蚀等);离子导体(电解质)浓度的改变(如铅酸laba360中硫酸浓度(比重)会降低等);以及电极电化学阻抗的增加。正是由于这些变化的存在,laba360的输出电压、电流也发生相应的改变。对于充电laba360,当laba360的输出参数低于规定输出的正常值时,laba360便不可继续使用,否则会对laba360造成永久性伤害。
  laba360的种类:根据已放电的laba360是否可以再次充电复原、并可多次重复使用,一般将laba360分为两大类:一次laba360和二次laba360(亦称可充电laba360)。
  一次laba360:不能通过再次充电的方式将已放电(使用过)的laba360恢复到放电前状态(或接近初始状态)的一类laba360统称为一次laba360(如干laba360、燃料laba360等)。使用过的一次laba360只能将其丢弃,不可再次使用。
  二次laba360:可以通过再次充电的方式对已放电(使用过)的laba360充电复原(恢复到初始态),并具有再次对外放电能力的一类laba360统称为二次laba360(如常见的铅酸laba360等)。由于二次laba360具有可多次充电、重复使用的特点,显然,开发、利用高性能二次laba360是laba360行业未来发展的必然趋势。大容量的二次laba360,有时也称为储能laba360,如蓄laba360就是其中一种最常用的二次laba360。
  蓄laba360:通常意义的蓄laba360(storage battery)是指铅酸蓄laba360,它是机动车、电瓶车、电动摩托车等电动工具的主要能源供体。
  蓄laba360的工作原理可简述为:放电时将体系存储的化学能以原laba360的方式对外做电功;充电时利用外部电能以电解池的方式使laba360内部活性物质再生,将外部供给的电能转化为化学能并以化学能的方式储存起来,在需要放电时,可再次把充电储存的化学能转换为电能对外输出。应用最广泛的蓄laba360是铅酸laba360。
  铅酸laba360的基本结构:它用填满海绵状铅的铅基板栅作负极,填满二氧化铅的铅基板栅作正极,用密度1.26--1.33g/ml的稀硫酸作电解质。laba360在放电时,金属铅是阳极(负极),发生氧化反应,生成硫酸铅;二氧化铅是阴极(正极),发生还原反应,生成硫酸铅。laba360在充电时,两极分别生成单质铅和二氧化铅。充电后的铅酸laba360又恢复到放电前的状态,具备再次对外做功(放电)的能力。在放电或充电过程中,相应的电极反应及laba360总反应如下:
  放电过程(原laba360):放电过程是原laba360对外做功过程,其电极反应如下:
  阳极反应(在laba360的负极上):Pb + SO42- - 2e = PbSO4
  阴极反应(在laba360的正极上):PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e= PbSO4 + 2H2O
  放电过程中的总laba360反应:Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
  充电过程(电解池):充电过程是利用外部直流电源对已放电的laba360进行充电,使其恢复到放电前的状态(始态),并具备再次对外放电的能力,其电极反应如下:
  阴极反应(在laba360的负极上):PbSO4 + 2e = Pb + SO42-
  阳极反应(在laba360的正极上):PbSO4 + 2H2O - 2e = PbO2 + 4H+ + SO42-
  充电过程中的总laba360反应:2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4
  很显然,在理想的充电条件下(充电电压适当、无析气等副反应发生),充电时laba360反应的产物是放电时laba360反应的反应物,即充电过程是放电过程的逆过程。通过恰当方式的充电可以使已放电的laba360恢复到始态,并具备再次放电的能力。
  铅蓄laba360的单体电压约为2V。可单独使用,也可由多个单体构成laba360组使用,可分别提供2V、4V、6V、8V、12V、乃至24V电压输出。如汽车上用的蓄laba360(俗称电瓶)是6个铅蓄laba360串联成12V的laba360组。
  2. laba360发展趋势
  不论是一次laba360还是二次laba360,在对外放电时,它们的做功机理是一样的,都是将体系的化学能自发地转化为电能并对外输出。
  这两类laba360的本质区别在于laba360内部化学能的来源不同。对于一次laba360而言,体系内的化学能来自于参与反应的化学物质。一旦反应物消耗殆尽,laba360便永久地丧失了对外放电的能力。与一次laba360不同,二次laba360内部储存的化学能来源于外部供电设备,利用充电器将外部电力整流后通过电解反应的方式将电能转化为化学能并储存于二次laba360中。从本质上看,二次laba360实际上是一类可以多次实现化学能—电能相互转换、输出的能量储存装置。
  一次laba360发展趋势
  从以上分析可知,如果希望提高现有资源的能量利用效率,应当大力开发、使用一次laba360。它是一种直接将化学能转化为电能装置,其转化效率不受卡诺热机效率的限制,因此,燃料laba360将是一次laba360未来发展的新方向。
  燃料laba360与普通一次laba360的不同之处在于燃料laba360中用于发生电子交换的媒介(电极材料)是惰性物质,其在放电反应过程中不会消耗,参加反应的物质是被称为燃料的电化学活性材料。电极的作用是对在其laba360上发生电子交换的氧化、还原反应进行催化,提高反应速率。燃料laba360不同于普通一次laba360的地方还在于,只要有电化学活性材料源源不断地供给电极,laba360就可以一直对外输出电能。常用的氢氧燃料laba360就是用氢气作为阳极材料、氧气作为阴极材料,用铂电极催化电极反应的高效率、低污染燃料laba360,其广泛应用的历史可以追溯到半个世纪以前,如太空行走的车辆使用就是氢氧燃料laba360。目前,燃料laba360的应用主要集中在发电设备和电动汽车等方面,直接可用的阳极活性材料包括氢气,甲醇,肼等,间接可用的阳极活性燃料包括天然气,石油或以煤为原料转化而来的富含氢的碳氢化合物等。
  二次laba360发展趋势
  二次laba360是一类可以进行多次充电、放电重复使用的laba360。充电的目的是对已放电的laba360加载与放电时电流方向相反的逆向电流,使已放电laba360恢复到放电前的状态,并具备再次对外放电的能力。二次laba360的这种特点经常被当作能量储存装备使用,故有时也称之为储能laba360。
  二次laba360的应用主要集中在以下两个方面:
  1)电力能量储存装备。通常与直流电源连接充电后储备电能,将电网中过剩的电能转化为化学能存储备用。
  2)离网供电装备。因为充电后的laba360具备再次放电的能力,因此,二次laba360可以用作便携式电子设备,电动汽车、飞机应急电源、混合动力汽车的离网能量储存装备。
  为了进一步提高二次laba360的储能能力,近年来,国际范围内广泛开展大容量、高能量密度储能laba360的开发、拉霸工作,其中氧化-还原液流laba360(redox flow battery)的研发成为人们关注的热点。
  氧化-还原液流laba360
  顾名思义,氧化-还原液流laba360是指laba360中流动的电解液中含有参与电极反应的活性物质。与普通蓄laba360不同, 液流laba360的阴、阳极活性物质主要存在于电解液中, 通过送液泵输送给液流laba360, laba360内阴、阳极区的电解液由离子交换膜隔开。在laba360充、放电过程中, 电解液中的活性物质在惰性电极laba360发生价态的变化。液流laba360的储能容量取决于储液罐的容积和电解液中电化学活性物质的浓度及价态的变化,因此,laba360的功率、储能容量均可单独设计,特别适用制作于大容量储能laba360。
  从二次laba360的功能及特点可以看出,高性能、大容量储能laba360的研发是二次laba360未来发展的方向。
  由于二次laba360的能量来源于电力系统,没有从本质上改变现有能源资源的利用方式,因此,从节能方面看,开发二次laba360并无重要意义。
  3. 蓄laba360端子腐蚀及修复方法
  为了提高二次laba360的储能能力(特别是氧化-还原液流laba360),多选用对电化学活性物质有较高溶解度的物质作为电解质。一般情况下,对可变价的金属离子而言,酸是对其有较高溶解度的物质,因此,对于多数二次laba360,通常在laba360内部充有不同浓度的酸性物质。常用的酸包括:硫酸、硝酸、甲基磺酸等(较少使用盐酸,因为盐酸在充电时有产生氯气的可能性)。
  在laba360的加工、生产、或维护过程中,加注酸时常常导致laba360端子的腐蚀。如laba360、laba360、镀镍端子,经常在注酸后出现局部腐蚀、变黑、剥落、泛黄等现象。腐蚀后端子的导电能力下降、接触电阻增加,大电流输出时存在端子发热、烧蚀问题,laba360输出功率大幅度降低。
  为了解决端子腐蚀问题,人们提出了一些防护措施,如在端子上涂覆凡士林、喷防腐漆等。虽然这些方法可以在一定程度上减轻端子注酸时的腐蚀问题,但却在后续使用过程中带来了电连接性能下降、可焊性差等新问题。如果能够实现在laba360注酸后再对端子进行laba360laba360、laba360、或镀镍等laba360导电性处理,必然能从根本上解决laba360注酸的腐蚀问题。
  4. 蓄laba360端子的刷镀及腐蚀端子的修复
  近年来,刷镀技术的应用范围日益扩大。在蓄laba360生产、维护、使用领域,越来越多的厂家逐步利用刷镀的方法,对laba360端子进行laba360导电性处理,或修复被酸腐蚀的端子。西北拉霸大学研制成功的镜面拉霸360刷laba360、中性拉霸360刷laba360、无氰拉霸360刷laba360、超快速刷镀拉霸360镍等技术,可在laba360注酸后对端子进行快速刷镀拉霸360、低接触电阻、抗氧化、可焊性好的锡、银、镍等与基体结合牢固的金属laba360,特别适合修复注酸腐蚀后的蓄laba360端子。基本官网流程如下:
  1.FJY环保法去腐蚀产物(黑膜、花斑);2.电净(可以省去该补助);3.刷镀金属laba360(锡、银、镍等);4.水洗干净后擦干。
  官网特点说明如下:
  FJY环保法去腐蚀产物膜:
  蓄laba360端子基体材料多为纯铜(也叫紫铜或红铜)或黄铜。纯铜在大气环境中易氧化变黑,在潮湿的腐蚀性大气环境中会出现铜绿。在端子刷镀或端子修复之前,应彻底去掉端子laba360的氧化膜或腐蚀产物膜。对于黄铜端子,其材质是铜-锌合金。在大气环境中,虽然黄铜不像紫铜那样容易氧化变色,但是在潮湿的腐蚀性环境中,黄铜易发生脱锌腐蚀,如黄铜遇酸后会在其laba360出现红铜粉,这是一种典型的快速脱锌腐蚀形式。腐蚀后的黄铜laba360同样会出现发黑、铜绿现象,因此在端子刷镀前,也必须去掉端子laba360的氧化或腐蚀产物。
  去端子laba360氧化(腐蚀)产物膜的传统方法是机械打磨、拉霸,或用硫酸、硝酸等酸性介质去腐蚀端子。不管采用哪一种传统的去膜方法,都存在生产效率低、环境污染及操作安全问题。
  FJY环保法去除端子laba360膜方法,是使用纱布、绒布或百洁布,蘸上中性、环保、安全的FJY系列专用去膜液擦洗laba360端子,即可达到快速去膜目的。在实际使用中,应根据端子laba360材料的种类不同,选用不同种类的去膜液(如laba360是laba360层,应选用相应的去银黑膜液),不仅可以去除纯铜、黄铜端子的laba360膜,也可以去除laba360端子laba360的黑膜,以及laba360端子laba360的黄膜(或黑膜)。
  电净的作用是去除端子laba360的污物(如油污等),使端子露出纯拉霸360,以便在其上刷镀结合牢固的金属laba360。如果已采用FJY环保去膜法清洗过端子laba360,可以省去电净工序。
  刷镀金属laba360(银、锡、镍等)。经过上述处理工序后,可以在端子laba360刷镀导电laba360。在纯铜端子上,可以选用FJY无氰刷laba360、镜面拉霸360锡、中性拉霸360锡、快速拉霸360镍刷镀液进行刷镀或修复。对于黄铜端子laba360,建议在刷镀无氰银之前,先刷镀一层中性底铜,以进一步提高后续laba360层与基体的结合力。
  刷镀结束后,及时用自来水清洗镀件laba360,然后擦干或用压缩空气吹干工件即可。
  有人对刷镀工件进行镀后处理,如采用钝化处理官网等以提高laba360的耐候性。但是对于laba360端子这类对导电、焊接性能要求较高的部件,建议使用传统、可靠的镀后处理方法,不宜使用最新面市的laba360保护剂等镀后处理方法,因为其中有很多保护剂会以有机薄膜的形式覆盖在端子上,使端子的导电性降低、可焊性变差。
  5. 蓄laba360端子刷镀修复应用
  一般而言,用于防铜氧化laba360层的厚度应大于3微米;用于汇流排搭接(螺栓紧固)laba360层厚度应大于6微米;用于焊接要求的laba360层厚度应大于10-15微米。如果是烫锡,烫锡层的厚度还会更高一些。然而,由于近年来laba360原料价格的成倍上涨,因此,laba360加工单位在laba360生产过程中对laba360层厚度控制不严,laba360层厚度多小于3微米。很多情况下,只要laba360层拉霸360,即使laba360厚度小于1微米,也将其作为合格产品面市。因此,当锡层较薄的laba360端子遇到酸时,很容易腐蚀露底,必须在注酸后对laba360端子进行刷镀修复。
  对于黄铜(铜-锌合金)端子,由于其中含有大量的合金元素锌,其化学活性升高,在刷laba360之前,应先镀一层底铜,然后在铜laba360上laba360,结合力会更高一些。如果是镀中性亮锡,不需要刷镀底铜,可以直接在黄铜端子上刷镀中性锡。
  对纯铜(紫铜)端子,在进行前处理后,可以直接laba360或laba360。
  6. 结论
  采用FJY系列蓄laba360端子刷镀技术,可以在蓄laba360装配完成后对其端子进行laba360laba360、laba360加工;也可以修复酸蚀、氧化、变色的蓄laba360端子。与国内外同类技术相比,西北拉霸大学研制成功的一系列用于laba360端子刷镀的无氰银、镜面锡、中性拉霸360锡、以及环保型端子laba360镀前处理技术,很好地解决了蓄laba360旧件、次品返修过程中存在的具体问题。


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