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產(chǎn)品應(yīng)用 | 鉛酸電池生產(chǎn)過程中硫酸密度濃度在線測(cè)量方案
前言
硫酸在鉛酸蓄電池生產(chǎn)中至關(guān)重要，其所需濃度會(huì)根據(jù)工藝步驟和電池類型的不同而有所變化。精確的濃度控制能確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。鉛酸電池作為歷史最悠久、可充電電池類型，盡管能量密度相對(duì)較低，但由于其成本低廉且功率重量比優(yōu)，仍廣泛應(yīng)用于汽車啟動(dòng)、照明和點(diǎn)火（SLI）等領(lǐng)域。
鉛酸蓄電池的主要成分是由鉛制成的陽極、由二氧化鉛制成的陰極和作為電解質(zhì)的稀硫酸 (H2SO4)
圖1：鉛酸蓄電池的部分
第一個(gè)生產(chǎn)步驟是極板制造，正極板上會(huì)形成α型和β型PbO2。α型和β型PbO2的比例對(duì)電池的電流效率有直接影響。制造過程中的H2SO4濃度是實(shí)現(xiàn)正確比例的一個(gè)重要參數(shù)。在裝配成型后，需要罐注精確密度、純度和容量的硫酸電解液并進(jìn)行第一次充電（二次灌酸工藝）或調(diào)整酸度（一次灌酸工藝）。在灌酸和裝配結(jié)束時(shí)，電解液的酸濃度和液位必須達(dá)到規(guī)定的濃度。
使用在線實(shí)時(shí)監(jiān)控硫酸密度濃度的手段對(duì)鉛酸電池生產(chǎn)過程中起到：
優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)過程
大幅縮短灌裝線轉(zhuǎn)產(chǎn)期間的停機(jī)時(shí)間
確保加注過程的質(zhì)量
01
密度測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)
在硫酸水溶液中，密度測(cè)量是測(cè)定高達(dá)90%的硫酸（H?SO?）濃度的理想方法。在0至55%的濃度范圍內(nèi)（20°C時(shí)為1.4453 g/cm3）——這一范圍對(duì)于鉛酸電池生產(chǎn)尤為重要——密度與酸濃度呈陡峭且近乎線性的關(guān)系（見圖2）。相比之下，其他物理性質(zhì)（如電導(dǎo)率）則表現(xiàn)出不太明顯的趨勢(shì)。因此，在該濃度范圍內(nèi)，密度測(cè)量具有較好的準(zhǔn)確性。
圖2：密度/電導(dǎo)率和硫酸濃度的關(guān)系
應(yīng)用場(chǎng)景
電解液配制
高濃度硫酸（98%）主要通過卡車運(yùn)送到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。在現(xiàn)場(chǎng)濃硫酸會(huì)被稀釋至所需的不同濃度。硫酸稀釋是一個(gè)強(qiáng)烈的放熱過程，需要冷卻（見圖3）。在稀釋過程中，硫酸的溫度會(huì)迅速變化，對(duì)檢測(cè)造成困難。
圖3：硫酸稀釋系統(tǒng)
緩沖罐到化成
在電池的第一次沖放電（化成）過程中，電解液的密度（硫酸濃度）和電池電壓會(huì)發(fā)生變化。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的一致性化成過程，對(duì)酸濃度的測(cè)量和調(diào)節(jié)，判斷化成終點(diǎn)是重要任務(wù)。如圖4示例的酸再循環(huán)法，在化成過程中需要測(cè)量和調(diào)整酸濃度。
圖4：酸再循環(huán)法
灌注站稀釋
根據(jù)工廠規(guī)模，可采用兩階段稀釋工藝：第一次稀釋并儲(chǔ)存交付的硫酸（應(yīng)用場(chǎng)景1），隨后在灌注站進(jìn)行最終稀釋，如圖5。產(chǎn)品切換時(shí)，如引入新的電池類型或尺寸時(shí)，可能需要在灌注站調(diào)整濃度。比起傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，此調(diào)節(jié)過程可能需要長(zhǎng)達(dá)40分鐘。
圖5：灌注站
02
高精度過程密度傳感器
L-Dens 系列傳感器
安東帕的高精度過程密度傳感器L-Dens 系列傳感器能夠輕松追蹤這些變化，因其接觸液體的部件是由金屬制成的。所有塑料涂層的傳感器都都無法追蹤快速溫度變化（例如電導(dǎo)率傳感器）。
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自動(dòng)溫度補(bǔ)償
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DMA 4002/5002/6002
一種專為硫酸測(cè)定設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室儀器
03
成功案例分享
TAB電池工廠有限責(zé)任公司（歐洲電池生產(chǎn)商）采用L-Dens 7400 TAN升級(jí)了電解液密度測(cè)量，該設(shè)備已集成到TAB的閉環(huán)成化系統(tǒng)中。
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