電瓶自放電 機制：硫酸鉛結晶與電極劣化的交互作用

老化鉛酸電池 電瓶自放電 機制 ：硫酸鉛結晶與電極劣化的交互作用

摘要

鉛酸電池廣泛應用於汽車與固定設備，但老化後常出現 電瓶自放電 加快的問題，也就是充飽電後幾天內電壓顯著下降。主要原因是 硫酸鉛結晶（硫酸化），其次是 電極板老化。硫酸化會造成微短路與反應面積減少，而電極板腐蝕與剝落則進一步惡化。脈衝去硫酸化與循環充電能部分改善電瓶自放電現象，但通常需要 2–3 次循環後才會穩定。

基礎原理

鉛酸電池的能量來自 鉛、二氧化鉛與硫酸 的可逆反應：

• 放電時 → 鉛與二氧化鉛變成硫酸鉛與水。

• 充電時 → 反應逆轉。

若長期欠充電，部分硫酸鉛無法還原，會累積成不溶性的硬結晶，導致電極板面積下降，出現 電瓶自放電 （俗稱「電瓶吃電」）。健康電池每月自放電約 1–5%，但老化電池的電瓶自放電速率可達 10–30%。

硫酸化對 電瓶自放電 的影響

1. 反應面積減少：硫酸鉛結晶覆蓋電極，使硫酸難以接觸，降低容量並提升電瓶自放電速率。

2. 微短路：粗大的硫酸鉛在充電時可能還原成「樹枝狀鉛」，刺穿隔板形成導電橋，持續耗電，表現為電壓在充電後數小時快速下滑。

研究顯示，硫酸化約佔老化電池 電瓶自放電 加速的 60–80%。

電極板老化對 電瓶自放電 的影響

• 腐蝕與剝落：電極板骨架被氧化，支撐減弱，導致活性物質剝落並沉積，這會減少容量並增加電瓶自放電。

• 表面積減少：活性物質脫落後反應位點下降，使容量下降 20–40%。

• 導電沉積物：剝落物在電池底部累積，有時會造成內部短路，進一步加劇電瓶自放電。

維護與觀察模式

老化電池在初次脈衝充電後，電壓常會先恢復，但幾小時內又因電瓶自放電而快速下降。需要 2–3 次充放電循環 才能趨於穩定。若硫酸化覆蓋過重（超過 50%），一般脈衝修復效果有限，可能需要高溫或化學方法（如螯合劑）才能溶解。

緩解 電瓶自放電 的方法

1. 避免欠充電：定期完整充電，減少硫酸化與電瓶自放電。

2. 脈衝去硫酸化：利用高頻脈衝溶解部分硫酸鉛結晶，降低電瓶自放電速率。

3. 電解液管理：維持正常比重（約 1.265–1.280），避免分層現象導致電瓶自放電。

4. 循環充放電：在脈衝修復後進行 3–5 次循環，可幫助恢復部分容量，減輕電瓶自放電。

不過，即使修復，嚴重老化電池的壽命最多也只能延長 20–50%。

結論

鉛酸電池老化的 電瓶自放電 主要來自 硫酸鉛結晶（硫酸化），透過反應面積縮小與樹枝狀短路加速衰退；電極老化（腐蝕、剝落）則是次要但加重影響的因素。實務上，需透過脈衝去硫酸化與循環充電來部分修復電瓶自放電。

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