Сепаратор AGM и реакция переноса между положительными и отрицательными пластинами.
Структура и функции перегородок.
Перегородки AGM, используемые в
VRLA , имеют следующие дополнительные функции:
Абсорбируют электролит (третье активное вещество аккумулятора), чтобы он не вытекал. Обеспечивает относительно большое газопередающее отверстие для диффузии кислорода и, таким образом, облегчает работу COC.
Высокая ионная проводимость гарантирована. Обеспечьте канал транспортировки ионного тока, чтобы его можно было передавать между двумя типами пластин, чтобы можно было быстро провести REDOX-реакцию.
Ограничьте объемное расширение ПАМ, поддерживайте давление полярной группы и минимизируйте эффект пульсации положительного активного материала во время цикла.
Представлены изображения образцов сепаратора AGM, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Как видно из рисунка, сепаратор AGM состоит из химически сортированных волокон боросиликатного стекла длиной от 1 до 2 мм и различной толщины (диаметр от 0,1 до 10 мкм). Соотношение различных волокон определяет баланс между различными функциями сепаратора и ценой сепаратора. Эти волокна гидрофильны и поглощают электролит. Более тонкие волокна в сепараторе (т.е. волокна меньшего диаметра) имеют большую площадь поверхности и образуют микропоры с меньшим внутренним диаметром, но стоят дороже. Перегородки AGM также содержат 15-18% ПП, ПЭ и других полимерных волокон, которые улучшают механическую прочность перегородки, способствуют образованию газовых каналов (поскольку эти материалы частично гидрофобны), но и удешевляют перегородку. Процесс производства сепаратора AGM аналогичен процессу производства бумаги, что делает его анизотропной структурой. Его структурная особенность состоит в том, что размер пор плоскости xy перегородки составляет 2-4 мкм, а размер пор, перпендикулярных плоскости xy, - 10-30 мкм [27]. Функция отверстий в плоскости Xy заключается в распределении электролита в направлении толщины сепаратора и поддержании скорости его поглощения в сердцевине, когда сепаратор частично заполнен электролитом. Большие отверстия образуют открытые газовые каналы.
Передача газа через сепаратор AGM.
После осаждения кислорода с положительной пластины он переносится на отрицательную пластину, а затем на отрицательной пластине происходит реакция восстановления. Весь процесс передачи кислорода проходит следующие стадии.
Во-первых, кислород образует крошечные пузырьки в микропорах ПАМ, заполненных электролитом. Эти крошечные пузырьки затем постепенно сливаются в отдельные пузырьки, которые постепенно заменяют электролит в микропорах пластины по направлению к сепаратору. Небольшая часть кислорода в пузырьках, достигающих поверхности пластины, растворяется в электролите, тогда как большая часть газообразного кислорода остается в виде пузырьков на границе пластина/сепаратор. Сепаратор АГМ представляет собой неоднородную структуру, поэтому кислород скапливается на участках с низкой плотностью волокон на поверхности АГМ (рыхлая структура) или на некоторых свободных участках между пластиной и сепаратором (трубчатый электрод/АГМ).
Приложение давления к полярной группе может сделать контакт между поверхностью стекловолокна и поверхностью пластины более тесным, способствуя проникновению кислорода в сепаратор. Возможны два механизма реакции:
1. При низком давлении полярной группы объем газа, накопленного на границе раздела пластина/сепаратор AGM, увеличивается. Под действием силы тяжести поток воздуха поднимется вертикально. Электролит в два раза плотнее газа, что выталкивает газ вверх, в верхнее пространство полярной группы. Таким образом, кислород покинет полярную группу. Скорость вертикального потока газа зависит от тока, проходящего через батарею, температуры электролита и состояния батареи (например, новая батарея или давно используемая батарея).
2. Когда давление полярной группы высокое, перегородка плотно прижимает пластину, и пузырьки попадают в перегородку. Пузырьки движутся горизонтально, стремясь увеличить газовый канал в перегородке. Плотность структуры стекловолокнистого материала неравномерна, и пузырьки попадают в детали с низкой плотностью волокон. Пузырьки движутся не только хаотично, но и параллельно и в направлении, перпендикулярном поверхности сепаратора. Однако поток воздуха в основном движется через сепаратор AGM в сторону отрицательной пластины с наименьшим давлением газа, и градиент давления толкает кислород в этом направлении. Под действием давления газ замещает электролит в микропорах диафрагмы и таким образом образует газовый канал. Когда образуется непрерывный газовый канал, движение кислорода между положительной пластиной и отрицательной пластиной ускоряется.
При производстве перегородок AGM для аккумуляторов VRLA толщина перегородок измеряется при стандартном давлении 10кПа. Для увеличения контакта между пластиной и сепаратором полярную группу (активное вещество) сжимают, уменьшая толщину сепаратора примерно на 25%. Группа полюсов высоковольтной стационарной батареи перед загрузкой в бак аккумулятора закрепляется пластиковым бандажом для поддержания давления группы полюсов.
Таким образом, сепаратор AGM наделен большим количеством функций, которые необходимы для аккумулятора AGM, не меньше, чем положительная пластина и отрицательная пластина. Полярная группа поддерживает определенное давление, кроме достижения пропускания кислорода более важно обеспечить проводимость сепаратора. Подробнее об этом в последующих твитах.
