Separator AGM i reakcja przeniesienia pomiędzy płytami dodatnimi i ujemnymi
Budowa i funkcja przegród
Przegrody AGM stosowane w
VRLA spełniają następujące dodatkowe funkcje:
Absorbują elektrolit (trzecią substancję czynną akumulatora) tak, aby nie płynął. Zapewnia stosunkowo duży otwór do przenoszenia gazu dla dyfuzji tlenu, a tym samym ułatwia obsługę COC.
Gwarantowana jest wysoka przewodność jonowa. Zapewnij kanał transportowy dla prądu jonowego, aby mógł on być przesyłany pomiędzy dwoma typami płytek, dzięki czemu można szybko przeprowadzić reakcję REDOX.
Ogranicz rozszerzanie objętości PAM, utrzymuj ciśnienie grupy polarnej i minimalizuj efekt pulsacji dodatniego materiału aktywnego podczas cyklu.
Zaprezentowano obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) próbek separatora AGM. Jak widać na rysunku, separator AGM składa się z chemicznie sortowanych włókien szklanych borokrzemianowych o długości od 1 do 2 mm i różnej grubości (o średnicy od 0,1 do 10 µm). Stosunek różnych włókien określa równowagę pomiędzy różnymi funkcjami separatora a ceną separatora. Włókna te są hydrofilowe i pochłaniają elektrolit. Drobniejsze włókna w separatorze (tj. te o mniejszych średnicach) mają większą powierzchnię i tworzą mikropory o mniejszych średnicach wewnętrznych, ale są droższe. Przegrody AGM zawierają również 15-18% włókien PP, PE i innych polimerów, które poprawiają wytrzymałość mechaniczną przegrody i sprzyjają tworzeniu się kanałów gazowych (ponieważ materiały te są częściowo hydrofobowe), ale także obniżają cenę przegrody. Proces produkcji separatora AGM jest podobny do procesu wytwarzania papieru, co powoduje, że ma on strukturę anizotropową. Jego cechą strukturalną jest to, że wielkość porów w płaszczyźnie xy przegrody wynosi 2-4 µm, natomiast wielkość porów prostopadłych do płaszczyzny xy wynosi 10-30 µm [27]. Zadaniem otworów w płaszczyźnie Xy jest rozprowadzenie elektrolitu w kierunku grubości separatora i utrzymanie szybkości absorpcji jego rdzenia, gdy separator jest częściowo wypełniony elektrolitem. Duże dziury tworzą otwarte kanały gazowe.
Przesyłanie gazu przez separator AGM
Po wytrąceniu się tlenu z płyty dodatniej następuje jego przeniesienie na płytę ujemną, gdzie na płycie ujemnej zachodzi reakcja redukcji. Cały proces transmisji tlenu przebiega przez następujące etapy.
Po pierwsze, tlen tworzy maleńkie pęcherzyki w mikroporach PAM wypełnionych elektrolitem. Następnie te maleńkie pęcherzyki stopniowo łączą się w oddzielne pęcherzyki, które stopniowo zastępują elektrolit w mikroporach płyty w kierunku separatora. Niewielka część tlenu z pęcherzyków docierających do powierzchni płyty jest rozpuszczana w elektrolicie, podczas gdy większość gazowego tlenu pozostaje w postaci pęcherzyków na styku płyta/separator. Separator AGM ma niejednorodną strukturę, dlatego tlen gromadzi się w obszarach o małej gęstości włókien na powierzchni AGM (luźna struktura) lub w niektórych wolnych obszarach pomiędzy płytą a separatorem (elektroda rurkowa /AGM).
Wywarcie nacisku na grupę polarną może spowodować bliższy kontakt powierzchni włókna szklanego z powierzchnią płyty, co sprzyja przenikaniu tlenu do separatora. Istnieją dwa możliwe mechanizmy reakcji:
1. Gdy ciśnienie grupy polarnej jest niskie, zwiększa się objętość gazu zgromadzonego na styku płyta/separator AGM. Pod wpływem grawitacji przepływ powietrza będzie się podnosił pionowo. Elektrolit jest dwukrotnie gęstszy od gazu, wypychając gaz w górę, w górną przestrzeń grupy polarnej. W ten sposób tlen opuści grupę polarną. Pionowe natężenie przepływu gazu zależy od prądu przepływającego przez akumulator, temperatury elektrolitu i stanu akumulatora (np. akumulator nowy lub akumulator długo używany).
2. Gdy ciśnienie grupy polarnej jest wysokie, przegroda mocno dociska płytę, a pęcherzyki dostają się do przegrody. Pęcherzyki poruszają się poziomo, próbując zwiększyć kanał gazowy w przegrodzie. Gęstość struktury materiału z włókna szklanego jest nierówna, a pęcherzyki dostają się do części o małej gęstości włókien. Pęcherzyki poruszają się nie tylko losowo, ale także równolegle i w kierunku prostopadłym do powierzchni separatora. Jednakże przepływ powietrza przemieszcza się głównie przez separator AGM w kierunku płyty ujemnej o najmniejszym ciśnieniu gazu, a gradient ciśnienia wypycha tlen w tym kierunku. Pod wpływem ciśnienia gaz zastępuje elektrolit w mikroporach membrany, tworząc w ten sposób kanał gazowy. Kiedy tworzy się ciągły kanał gazowy, ruch tlenu pomiędzy płytą dodatnią a płytą ujemną zostaje przyspieszony.
Podczas produkcji przegród AGM do akumulatorów VRLA grubość przegród mierzona jest przy ciśnieniu standardowym 10kPa. W celu zwiększenia kontaktu płyty z separatorem grupa polarna (substancja czynna) jest ściskana, co powoduje zmniejszenie grubości separatora o około 25%. Grupa biegunów wysokiego akumulatora stacjonarnego jest zabezpieczona plastikowym bandażem przed załadowaniem do zbiornika akumulatora, aby utrzymać ciśnienie grupy biegunów.
Podsumowując, separator AGM wyposażony jest w więcej funkcji niezbędnych dla akumulatora AGM, nie mniej niż płyta dodatnia i płyta ujemna. Grupa polarna utrzymuje określone ciśnienie, oprócz osiągnięcia przepuszczalności tlenu ważniejsze jest zapewnienie przewodności separatora. Więcej na ten temat w kolejnych tweetach.
