锌银电池工作电压平稳，具有较好的功率输出性能，目前仍是国内长征系列运载火箭和大部分现役中远程导弹武器型号的主要电源。长期以来，国内锌银电池生产工艺成熟并且固化，生产过程以手工操作为主。其中，锌银电池化成后的清洗工序，一直采用流动纯水浸泡的方式清洗极片，以便去除极片内残留的KOH化成液，采用pH试纸测试极片表面水溶液的颜色作为极片清洗干净的主要判据。上述工艺方法存在人工清洗效率低下、水资源耗费严重、pH试纸辨色判定人为因素影响较大等问题，清洗不彻底，残留的KOH将会影响电池的放电性能和使用性能，尤其是经过长期干态贮存之后电性能衰减更为严重[1]。基于上述问题，拟引入超声波清洗方式提升极片清洗效率，并引入电导率测试，制定可量化判定标准，改善极片清洗环节对锌银电池性能的影响，也可为后续自动化生产清洗设备提供技术支撑。

1 超声波清洗锌银电池极片的可行性

超声波清洗被国际公认为当前效率最高，效果最好的清洗方式，其清洗效率达到了98%以上，清洗洁净度也达到了最高级别[2]。主要优点为：清洗速度快，清洗效果好，清洁度高，工作清洁度一致，对工作表面无损伤；可对深孔、细缝和工作隐蔽处清洗，清洗精度高[3]。广泛应用于各种复杂结构零件的清洗，但在电池极片清洗行业中尚未见相关应用的报道。

图4给出了X射线垂直入射本文模型时，前向散射电子和背向散射电子在θ方向上的角分布情况。可见，发射电子的概率密度正比于cosθ，与理论规律吻合较好。计算还发现，该θ方向的角分布规律在能量低于100 keV的X射线作用下具有较好的普适性，即不仅在射线垂直入射时，而且在不同入射角度下，背向散射的电子概率密度均与cosθ成正比，前向散射电子的概率密度与cosθ的绝对值成正比。

超声波清洗作用包括超声波本身具有的能量作用，真空洞穴破坏时产生的能量作用以及超声波对清洗液的搅拌流动作用这三种作用，分别称为加速度作用、空化作用和直进流作用。当使用超声波频率28～100 kHz范围内时，超声波的三种作用都存在。当频率比较低的时候，其作用的是空化作用，当频率特别高的时候，起主要作用的是加速度作用与直进流作用。

锌银电池极片经过化成工序后，KOH化成液已经充分浸润，OH－存在于正负极片的孔隙中，要快速彻底地将极片孔隙中的OH－清洗干净存在一定难度，传统工艺利用长时间的纯水浸泡使孔隙中的OH－自然扩散、分散至纯水中，清洗时间长，清洗效果受众多因素影响，也很难达到最佳，并且清洗一致性较差。

对极片按试验方案进行极片强度测试，最大受力为极片断裂时的最大受力，其中正极片为极片脆性断裂时受力，负极片为弯曲变形至断裂时的最大受力。试验结果见图6。

一是超声波清洗的空化效应产生的微气泡直径一般为10－6～10－5mm，可在极片孔隙的液体中直接产生并形成冲击，加速OH－外渗。

另一方面是超声波的加速度和直进流作用极大地加速了极片的周围液体扰动，加速离子的扩散效应，从而加速清洗过程，提高清洗的效果。

为了验证超声波清洗技术用于锌银电池极片清洗的有效性，对超声波工作状态下和静态浸泡状态下极片表面处清洗液的pH值(图1)和电导率(图2)随时间变化的情况进行测定、对比，极片规格相同。

图1 pH值变化对比图

图2 电导率变化对比图

图3 极片超声波清洗流程

对试验结果的数据进行统计分析，可得出以下结论：

2 极片超声波清洗试验方案

2.1 试验目的

本试验方案的目的包括四个方面：(1)确定合理的超声波功率、频率和时间参数；(2)验证超声波清洗工艺对正负极片的极片强度的影响程度；(3)检验经过超声波清洗的极片的电性能是否满足要求；(4)对比超声波清洗和传统工艺清洗制作的锌银电池干态贮存性能；(5)建立有效的极片清洗干净的量化测试判定准则，为该新工艺技术的批生产应用奠定基础。

2.2 试验内容及流程

试验流程见图3。

将上报审批的治理措施范围与正射影像图、土地利用图、坡度坡向图、水系沟道图、小流域边界图、行政边界图及基本农田保护区图等叠加，从而直观地核实措施设计是否符合地块现状、是否超出小流域边界范围、是否占用基本农田等。再按照《生态清洁小流域技术规范》及其他相关标准规范要求，开展各项治理措施空间布局的合理性审查，从现时的米级高分辨率卫星数据上初步判断治理措施存在的问题和设计质量状况，并直观、全面地展示给评审专家，辅助专家形成评审意见，提高治理措施规划评审的合理性与准确性。对于发现的治理方案图册中的违规、不合理现象，规划编制单位重新设计与整改，并进行新一轮的上图与评审，确保评审环节科学严谨。

极片弯曲强度测试方案见图4，测试记录极片断裂时的受力负载最大值。

2.2.1 试验极片规格及数量

随着信息技术的快速发展，给土地整治工程带来了新的契机。与土地整治相关的信息技术有遥感与测绘技术、计算机信息技术、数学和统计学、地图学以及与土地相关的地理学、环境生态学、土壤学、气象学、城市科学和管理学等相关的软硬件系统。

试验采取批生产量较大的6 Ah规格的极片进行试验，试验投入58片正极片、60片负极片。

1.3 常规复习和基于项目学习理论的复习之间的差异 两者对比，在常规复习中教师是中心，学生只是被动接受知识者，结果是知识的简单重复，学生的机械操练，尤其是在“二考”复习时会使学生新鲜感丧失、倦怠感陡增、学习效率下降，“二考”复习变成食之无味弃之可惜的“鸡肋”。基于项目学习理论的复习以学生为出发点和落脚点，强调自主探究、合作学习，以发展学生学科核心素养为目的，着眼于学生对于知识的内化和学生解决实际问题能力的提升，真正体现了课程改革的理念。这种复习方式克服了以往理综复习和“一考”复习中教师对学生、对知识的绝对控制带来的弊端，学生收获的不仅仅是选考成绩的进步，更是学生学科核心素养的提升。

2.2.2 超声波清洗参数确定及试验分组

黑龙江天气四季分明，但有时也喜怒无常。“春天冰雪融化时，就得抢着开始春耕，要不赶上雨水天气，春耕就会受到影响。秋天有时说冷就冷了，或者下雪都会影响秋收。所以，加油站再忙，确保农民两季保供也是第一要务。”张文兴说。

功率选择满载1 kW的40%、60%、80%、100%，其中100%功率分组在极片清洗烘干后直接用来装配成单体电池进行电性能测试。其余分组均进行极片强度测试及清洗效果测试。极片分组情况见表1。

表1 超声波清洗极片分组表（正、负极相同）

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2.2.3清洗效果评价方法

寄生虫寄生初期，由于临床症状不明显，养殖户通常观察不到明显的临床症状，常错过最佳治疗时机，出现典型临床症状后，发病羊表现为采食量逐渐下降，跟不上放牧节奏，身体逐渐消瘦、卧地不起、极度贫血。该疾病主要表现为慢性经过，患病羊身体逐渐消瘦，精神逐渐萎靡不振，随着病情的进一步发展，患病羊不愿意出圈舍，单独蜷缩在一个地方卧地不起，下颌间隙及头部出现水肿。患病羊呼吸急促，脉搏跳动加快，体重逐渐下降，饮水欲望增加。有的患病羊腹泻交替出现，也有的患病羊出现顽固性腹泻，2只成年羊和3只羔羊在发病2周后相继死亡。

极片清洗效果的评价方法为：将经过超声波清洗和传统工艺清洗后的极片粉碎浸泡入一定体积的纯水中，让残留的OH－、K＋离子充分析出，48 h后对比测试纯水溶液的电导率变化值，最终评价清洗的效果。

回顾性分析2015年9月—2018年8月我院58例患者的肋骨骨折CT影像和临床内固定术后病历资料。其中男40例，女18例，年龄20～62岁，平均41岁。单侧肋骨骨折31例，双侧多发多段肋骨骨折27例，肋骨骨折数1～8根，胸壁塌陷6例，胸壁软化3例，合并血气胸5例，肺挫伤23例，呼吸困难6例。

超声波清洗过程对极片强度影响测试除了检测极片弯曲强度测试外，同时取样观察超声波空化效应是否对极片表面形成冲击。

分析各种规格锌银电池极片的设计参数，选取其中具有代表性规格的极片作为试验对象。根据不同超声波清洗功率和超声波清洗时间参数进行试验对象分组，然后进行不同参数的超声波清洗，对分组的极片进行强度测试，同时将分组中的极片组装成单体电池进行电性能测试。强度测试后，完成分组的极片清洗干净程度效果测试，最后汇总试验数据进行分析比对。根据最终确定超声波清洗工艺参数，制作锌银电池单体，采用71℃环境下搁置21天的干态贮存加速试验方法，考核超声波清洗工艺对锌银电池贮存性能的影响。

图4 极片强度测试方法示意图

2.2.5 贮存寿命影响试验方案

分别使用超声波清洗工艺和传统的清洗工艺制作相同规格的锌银电池单体，其他工序相同。将制作的单体电池进行干态贮存加速试验(71℃环境下搁置21天)，加速试验之后按照相应的放电制度进行性能测试，对比其性能。

超声波清洗的工作频率根据清洗对象，大致可分为三个频段：低频超声清洗(20～50 kHz)，高频超声清洗(50～200 kHz)和兆赫超声清洗(700 kHz～1 MHz以上)[4]。频率越高，空化泡产生越少，清洗过程越轻柔。本次试验选取常用的超声波清洗设备，基准频率为25 kHz，调节其功率参数验证不同参数的清洗效果。

3 试验结果分析与讨论

3.1 各组极片清洗效果

根据试验方案测定每组正、负极片粉碎后48 h浸泡于300 mL纯水中，48 h后的水溶液电导率变化情况见图5所示。

在认识到了动手操作的重要性以后，作为小学科学课教师，我们要重视实验的操作过程，使学生在实验过程中获得体验。我们在动手探究时需要结论但更要注重过程。科学方法与技能的训练，科学能力的培养以及情感态度价值观的养成，不是教师简单的说教、学生的操作模仿而形成的，而是需要学生亲历探究的过程，去体验、去感悟、去内化才能获得。

图5 极片超声清洗后浸泡48 h水溶液电导率值

试验结果表明：

(1)正极片40%功率测试结果在33.1～36.6 μS/cm、60%功率测试结果在 30.2～32.8 μS/cm、80%功率测试结果在26.1～28.6 μS/cm。同期对比的传统工艺测试结果为62.8～67.5 μS/cm。表明同种功率参数下，不同超声时间的清洗效果没有发生明显变化。随着超声波清洗功率的增大，极片清洗效果有改善的趋势；

(2)负极片40%功率测试结果在5.73～6.93 μS/cm、60%功率测试结果在 5.14～6.77 μS/cm、80%功率测试结果在5.40～6.93 μS/cm。同期对比的传统工艺测试结果为10.81～11.61 μS/cm。表明在40%功率清洗下已经基本清洗干净，超声时间和功的增大没有进一步改善的趋势；

(3)锌银电池负极片比正极片更易清洗干净；

靖边县政鑫农机专业合作社是全县最大农机专业合作社，改社2018年耕作土地17000余亩，拥有拖拉机18台，其中8台安装有自动导航驾驶系统（其中6套北斗系统，2套为壁虎导航系统），且北斗导航厂家为2家企业。

(4)超声波清洗极片的效果整体优于传统工艺的清洗效果，极片残留碱更少。

2.2.4 强度测试方案

3.2 超声波清洗对极片强度的影响分析

理论分析超声波清洗对清除电池极片内部孔隙中的OH－的作用有两方面：

图6 极片清洗后强度测试

图1数据显示，超声状态下测试点溶液pH在100 s左右迅速到达最大值并趋于稳定，而自然浸泡状态达到同样pH值需要1 h，说明超声波加速了极片内部碱液的渗出和离子的扩散。图2电导率测试结果与pH测试结果基本吻合，由于电导率测试比pH更为敏感，因此在超声波状态下，测试点溶液电导率迅速达到峰值 (即局部溶液离子达到最高，约为150 μS/cm)，然后随着离子分散在清洗液本体中，电导率又缓慢下降，最终趋于稳定。两组测试结果均表明利用超声产生的加速度作用、空化作用和直进流作用加快极片表面和内部残留OH－离子在清洗液中的扩散速度是完全可行的，可大幅缩短清洗时间，提高清洗效率。

(1)正极片40%功率强度测试结果在623～716 N、60%功率强度测试结果在622～792 N、80%功率强度测试结果在653～799 N。同期对比的传统工艺测试结果为679～761 N。数据表明设定不同参数的超声清洗极片强度变化不大，并且与传统工艺相比强度变化不大；

(2)负极片40%功率强度测试结果在1 480～1 944 N、60%功率强度测试结果在1 472～2 000 N、80%功率强度测试结果在1 530～1 923 N。同期对比的传统工艺测试结果为1 489～1 668 N。数据表明设定不同参数的超声清洗极片强度变化不大，并且与传统工艺相比强度变化不大。

对经过最大超声波功率、时间和次数的极片进行极片表观放大观察，用高倍放大镜观察超声波空化效应形成表面冲击情况，见图7，未观察到明显的超声波空化冲击形成的点蚀，进一步证明设定试验参数下的超声波清洗不会对极片物理性能造成影响。

图7 极片表面观察结果对比

3.3 超声波清洗极片电性能的影响分析

将100%功率超声波清洗6 min的极片组装成6 Ah电池单体，进行电性能测试，并与批产电池抽样放电数据进行对比。具体放电曲线见图8。经过超声波清洗极片装配的单体电性能满足技术条件要求，并与批产过程抽样放电数据对比，无明显差异，上述结果表明超声波清洗的极片在有效提高清洗效果及效率的情况下，极片的放电性能未受到影响。

分别称取5.00 g样品于烧杯中，加入70%乙醇溶液25 mL，摇匀，超声波水浴浸提30 min，6000 r/min离心15 min，取上清液，滤渣再加70%乙醇溶液同样条件水浴、离心。合并两次上清液，用70%乙醇定容至50 mL。

图8 第一、三、五周次放电曲线

3.4 超声波清洗极片电性能的影响分析

将100%功率超声波清洗6 min的极片组装成6 Ah电池单体，在密封状态下放入71℃高温箱中进行搁置，搁置时间为21天，进行干态贮存加速试验，为了进行比较，同时放入传统工艺制作的相同状态的6 Ah单体电池。加速试验完成以后，对两种工艺制作的6 Ah电池单体进行电性能测试，见图9。

图9 两种工艺制作电池单体加速贮存后放电曲线

从图9看出，使用超声波清洗工艺制作的电池单体，经过加速贮存试验后，放电过程中工作电压优于传统清洗工艺制作的电池单体。说明超声波清洗工艺更有利于锌银电池的干态贮存性能。

3.5 超声波清洗试验结果的应用

根据上述试验确定的参数与结果，应用超声波清洗工艺技术，研制开发了极片自动清洗系统，可自动完成极片的喷淋、超声等高效清洗过程，对比原有清洗工艺，缩短了清洗时间达200%，减少了清洗纯水资源。同时该系统可通过pH和电导率实时监测，达到清洗过程的量化控制，有利于极片清洗生产过程的一致性控制。

4 结论

超声波清洗工艺技术应用于锌银电池极片清洗过程可更高效地将极片孔隙残留的碱液清除，有利于电池长期贮存，在设定的合理清洗参数下，超声清洗过程对极片强度无影响，电池性能满足使用要求，并且超声波清洗工艺技术更利于锌银电池干态贮存性能的提升。

利用该工艺技术研制的自动化清洗设备不仅提高了极片清洗过程的效率、节约了清洗资源，且建立了清洗过程数据实时监控和清洗结果量化判定，提高了极片批产生产的一致性。

秦淮河流域地势周围高中间低，为一完整的山间盆地。上游水系支流多，中游河床开阔，下游与南京护城河合一，自东向西横贯市区南部至西水关流出南京汇入长江。

参考文献：

[1]张瑞阁，关海波，宋杨，等.锌银贮备电池贮存失效模式与失效机理探讨[J].电源技术，2012，36(3)：358-361.

[2]康永，郑莉，邵世权.超声波清洗技术研究进展[J].清洗世界，2012，28(4)：12-16.

[3]冀红宙.超声波清洗的原理研究及实现[J].企业技术开发，2014，33(26)：3-5.

[4]都基旭.盲孔类零件超声波真空清洗的试验研究与应用[D].大连：大连理工大学，2008.