Wykorzystanie węgla jako negatywnego dodatku w akumulatorze VRLA

27 Aug 2021

Kilka rodzajów węgla znajduje różnorodne zastosowania w wielu typach elektrochemicznych źródeł zasilania. W niniejszym artykule skupiamy się na wykorzystaniu jego form pierwiastkowych w obecnie stosowanych akumulatorach kwasowo-ołowiowych, a także na potencjalnych przyszłych ulepszeniach ich konstrukcji, jakie może przynieść węgiel. Unikalne właściwości węgla i różnorodność jego odmian alotropowych pozwalają na jego wykorzystanie w różnych częściach akumulatorów kwasowo-ołowiowych, a mianowicie w jego ujemnej lub dodatniej masie czynnej, części elektrody lub kolektorach prądu.

Dodatki do ujemnej masy czynnej (NAM), tzw. ekspandery, zostały wprowadzone po II wojnie światowej. Ich trzy główne składniki to lignosulfoniany, siarczan baru i węgiel aktywny. Stosowano je w celu zapobiegania tworzeniu się pasywnej warstwy siarczanu ołowiu (II), zwiększenia udziału masy czynnej biorącej udział w reakcjach elektrochemicznych oraz poprawy przewodnictwa prądu podczas rozładowywania płytki. Składają się one głównie z izolującego siarczanu. Obecnie w tym celu stosuje się wiele rodzajów węgla, np. węgiel aktywny, grafit, sadzę acetylenową lub sadzę.

Dodatek węgla ma pozytywny wpływ. Znacznie wydłuża cykl życia akumulatorów i poprawia akceptację ładunku podczas pracy. Znaczny wzrost trwałości i liczby cykli rozładowania/ładowania akumulatora sprawia, że akumulator kwasowo-ołowiowy staje się konkurencyjny w stosunku do droższych typów elektrochemicznych źródeł zasilania, np. ogniw Ni-Cd. Poniższe rysunki pokazują, jak dodanie węgla do siatki może zapobiec tworzeniu się warstwy siarczanowej (siarczanowania).

Bez węgla

Z węglem

Obecnie węgiel znajduje zastosowanie w akumulatorach kwasowo-ołowiowych głównie jako dodatek do ujemnej masy czynnej w celu poprawy jej właściwości elektrochemicznych. Dodatek ten działa głównie na trzy sposoby: zwiększa część masy czynnej, w której mogą zachodzić reakcje elektrochemiczne ołowiu, magazynuje energię w podwójnej warstwie elektrycznej jako kondensator oraz fizycznie ogranicza wzrost dużych i trudnych do redukcji kryształów siarczanu ołowiu. Zastosowanie węgla daje realną możliwość wdrożenia akumulatorów kwasowo-ołowiowych w pojazdach hybrydowych, ponieważ wydłuża cykl życia i zmniejsza zasiarczenie płyty ujemnej występujące podczas eksploatacji takich pojazdów. Najskuteczniejsze dodatki węglowe charakteryzują się dużą powierzchnią właściwą, dobrą przewodnością i wysokim powinowactwem do ołowiu. W ostatnich latach rozpoczęto badania nad nanostrukturami węglowymi lub materiałami kompozytowymi do tego celu. Węgiel ma również potencjał, aby w niedalekiej przyszłości stać się kolejnym przełomem w technologii akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Jego zastosowanie w kolektorach prądu może doprowadzić do poprawy w najsłabszym punkcie… akumulatory kwasowo-ołowiowe , a mianowicie ich niska energia właściwa.

Siatkowe kolektory węglowe zapewniają niższą masę, lepsze wykorzystanie masy czynnej i lepsze wsparcie mechaniczne. Poprawa parametrów akumulatorów kwasowo-ołowiowych może pozwolić im lepiej konkurować z nowszymi typami akumulatorów, takimi jak litowo-jonowe, w różnych obszarach (np. w magazynowaniu energii, pojazdach hybrydowych). Węgiel może być również stosowany w konstrukcji akumulatorów jako elektroda kondensatora, co pozwala na osiągnięcie wyższej gęstości mocy. Rozpowszechnienie wspomnianych ulepszeń opartych na węglu w konstrukcji akumulatorów kwasowo-ołowiowych może prowadzić do wielu kolejnych lat ekonomicznie opłacalnego użytkowania tego typu akumulatorów. Pomimo swojej długiej historii, akumulatory kwasowo-ołowiowe nie wydają się tracić na swojej obecnej pozycji, a w przyszłości mogą nawet znaleźć nowe zastosowania.
EverExceed wykorzystuje nano-węgiel w swoim Akumulatory VRLA z serii modułowej Dlatego właśnie te akumulatory są obecnie jednymi z najpopularniejszych rozwiązań VRLA na rynku ze względu na ich wytrzymałość i długą żywotność.

Tagi :