Charakterystyka wydajności akumulatorów VRLA w dużej mierze zależy od właściwości kapilarnych separatora AGM, to znaczy zdolności do utrzymywania mikroporów w kierunku grubości separatora wypełnionych elektrolitem i zapobiegania wysychaniu elektrolitu i powodowaniu rozwarstwiania. Na te właściwości ma wpływ struktura mikroporów, zwłaszcza rozkład mikroporów w separatorze AGM. Szczegółowo zbadano strukturę podziału AGM. Wykonywał pomiary aspiracji rdzenia na przegrodach AGM wykonanych z drobnych i grubych włókien szklanych. Po pocięciu przegrody na długie paski umieszczono ją pionowo w roztworze H2SO4 o gęstości względnej 1,28. Dolną część przegrody zanurzano w roztworze i mierzono czas osiągnięcia przez rdzeń elektrolitu różnych wysokości. Podano współczynniki aspiracji rdzenia (wysokość/czas aspiracji rdzenia) przegród AGM zawierających 0%, 10%, 50% lub 100% drobnych włókien.
Z rysunku można zauważyć, że istnieje oczywista liniowa zależność pomiędzy nimi. Korzystając z równania i dalszej analizy teoretycznej, równanie Laplace'a otrzymuje się w następujący sposób:
Gdzie p to ciśnienie kapilarne, r to otwór, γ to wewnętrzne napięcie powierzchniowe, a θ to kąt zwilżania. Zmieniając stosunek włókien drobnych i grubych, można wytworzyć przegrody AGM o określonej strukturze wielkości mikroporów.
Rysunek przedstawia rozkład wielkości porów w promieniu dla próbki separatora AGM wyprodukowanej w procesie wytłaczania pod niskim ciśnieniem.
Jak pokazuje rysunek, około 90% mikroporów ma średnicę 10-24 µm. Są to głównie mikropory w płaszczyźnie Z. Około 5% makroporów ma średnicę od 30 do 100 μm. W akumulatorze VRLA układ otworów membrany AGM jest w ścisłym kontakcie z układem otworów dwóch typów płytek. Na rysunku przedstawiono rozkład wielkości mikroporów substancji aktywnych na płytkach dodatnich i ujemnych. W przypadku nowych, w pełni uformowanych płytek 80% średnicy mikroporów materiału aktywnego jest mniejsze niż 1 μm. Wartość ta jest znacznie niższa od średniej apertury separatora AGM. Gdy grupa polarna znajduje się pod ciśnieniem, separator AGM jest dociskany do płyty, zapewniając w ten sposób ścisły kontakt obu powierzchni. Po odkurzeniu pojedynczego ogniwa wtryskiwany elektrolit jest najpierw absorbowany przez mikropory płytki, a następnie przez mikropory membrany. Zgodnie z wymaganiami technicznymi, separator AGM powinien zapewniać wypełnienie elektrolitem w 96% mikroporów.
Kiedy płyta zaczyna odgazowywać, elektrolit znajdujący się w mikroporach płyty jest wytłaczany i szybko adsorbowany w mikroporach separatora, dzięki czemu separator jest całkowicie nasycony. Po rozłączeniu obwodu gaz opuszcza mikrootwór płyty, a elektrolit wdychany przez separator jest zasysany z powrotem do mikrootworu płyty. Zatem tylko mikropory o dużej średnicy w separatorze AGM pozostają porowate, podczas gdy mikropory w płycie są z kolei wypełnione elektrolitem. Dlatego parametr „nasycenie elektrolitem” stosowany jest głównie w przypadku przegród AGM.
Wykazano, że porowatość próbki AGM o gramaturze 225 g/m2 zmienia się wraz z przyłożonym ciśnieniem (nieprzekraczającym 138 kPa). Porowatość wyraża się jako stosunek (procent) objętości mikroporów do całkowitej objętości separatora AGM.
Pod powyższym ciśnieniem porowatość AGM znacznie się zmienia. Grubość ścianki obudowy baterii powinna być duża, aby wytrzymać tak wysokie ciśnienie. Dlatego ciśnienie w płaszczyźnie xy separatora ma tylko niewielki wpływ na porowatość.
Dlaczego ciśnienie ma tak mały wpływ na porowatość membrany? Struktura włókna szklanego membrany składa się z losowo połączonych włókien, ale ma to miejsce głównie w płaszczyźnie xy AGM, a największy otwór znajduje się w kierunku osi Z, prostopadłym do płaszczyzny xy. Wpływ kompresji przegrody na wielkość otworu w osi Z jest bardzo słaby. Nie dotyczy to jednak rozmiarów otworów zorientowanych na x i y. Pod ciśnieniem otwory te znacznie się zmieniają. Zatem 15% ściskanie powoduje 50% zmniejszenie średnicy mikroporów.
Mikroporowata struktura decyduje o właściwościach separatora AGM, a pory płytki są mniejsze i łatwiej wchłaniają elektrolit. Podczas ładowania i rozładowywania elektrolit jest dynamicznie rozprowadzany w całej grupie elektrod. Kompaktowa grupa biegunów umożliwia dopasowanie separatora do płyty, zapewniając transport jonów i transport tlenu.
kategorie
zeskanuj do wechata:everexceed