Как работи геловият електролит в гелова батерия?

Херметизирана оловно-киселинна енергийна система за съхранение – революция в технологията на геловите батерии. Може би дори не знаете технологията зад херметизираната оловно-киселинна енергийна система или може би смятате, че тя е същата като AGM батерията; геловата клетка е пробив в оловно-киселинната клетъчна технология. В JOZOKING (TIANJIN) TECHNOLOGY CO., LTD. предлагаме висококачествени херметизирани оловно-киселинни батерии без поддръжка за системи за съхранение на слънчева енергия, комуникации, резервни системи и множество други индустриални приложения. Как се отличава от другите видове оловно-киселинни клетки? Благодарение на основната си характеристика – гелов електролит. Ето подробно изследване на принципа на геловата батерийна технология, нейните свойства и причините, поради които хората я предпочитат по целия свят – в Европа, Северна Америка и Австралия.

Химията на имобилизирането: от течност към гел

За да разберем правилно как функционира геловата батерия, първо трябва да разберем какво НЕ прави тя и защо изобщо сме създали гелова батерия от нашата обикновена 12 V оловно-кисела батерия. Стандартна „напълнена“ оловно-кисела клетка използва течния електролит, който по същество се състои от сярна киселина и вода. Тъй като е течен, той може да се излива, изпарява и да се разслоява, като киселината потъва към дъното на клетката с течение на времето.

Геловата батерия елиминира този проблем, като превръща електролита в полутвърдо състояние. По-точно, определено количество сярна киселина се добавя към още по-фината дисперсия на частици от пирогенен кремнезем (диоксид на кремния). Това води до химическо образуване на тиксотропен гел, който в спокойно състояние не може да се измести, но променя вискозитета си при разтърсване, така че йоните могат да се пренасят през киселината по време на зареждане и разреждане. По същество това осигурява електролит с вискозитета на гъста желеобразна маса, която задържа киселината в продължение на дълго време.

Това имобилизиране на електролита в гела е именно характерната черта на геловата батерия и причината за много от нейните желани свойства. Тя не само осигурява инсталиране без проляване при всякакво положение на батерията, но и геловата матрица образува идеална вътрешна подпора, която улеснява много важен вътрешен процес – рекомбинацията на газовете. Именно това е причината геловите батерии да се наричат поддържани без обслужване оловно-киселинни батерии.

Цикълът на газова рекомбинация: Тайната на поддържането без обслужване

Интересна особеност на геловата батерия е способността ѝ да рекомбинира газовете, образуващи се при зареждане, обратно във вода, поради което не е необходимо допълване на електролита. Газовете, образувани по време на зареждане, се рециклират чрез рекомбинация – характеристика, която класифицира геловите батерии като VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid) батерии.

Ето процеса на рекомбинация. Положителната плоча произвежда кислород по време на зареждане, особено към края на цикъла. При наводнена батерия кислородът просто се превръща в газ, който излиза през клетката под формата на мехурчета и отнася част от водата, което означава, че клетката трябва да се допълва с вода. При гелова батерия структурата на гела за рекомбинация означава, че този кислород преминава през микроскопични пукнатини, образувани поради свиване на гела, и достига до отрицателната плоча. Там той среща изградена от оловно-сребърна сплав с висока повърхностна площ, пореста структура и се прикрепя към нея. След това този кислород се комбинира с водорода, който предварително е бил дезорбирал и задържан на повърхността на отрицателната плоча, за да се получи допълнителна вода.

Батерията ни е толкова ефективна благодарение на вътрешната рекомбинация, че клапите за отпускане на налягане са настроени на ниско ниво – около 2 psi – и се отварят само при повишено налягане в случай на неизправност. По време на нормална експлоатация батерията остава напълно запечатана, рециклира вътрешните газове и няма нужда от доливане на дестилирана вода; освен това не се отделят кисели пари. „Неизискваща поддръжка“ функция на технологията за батерии JOZOKING е основата на развитието на геловите батерии, които водят до серията GFM – идеална за използване в отдалечени места или други труднодостъпни приложения.

Превъзходна производителност при дълбоко разреждане

Геловите батерии са станали популярен избор за системи за възобновяема енергия и резервно захранване поради изключителната си способност да издържат многократни дълбоки разреждания в продължение на дълъг период от експлоатация. Специалният гелов електролит вътре в батерията поддържа относителната структурна стабилност на електродните плочи дори при дълбоко разреждане в обичайните работни условия. Тази характеристика ефективно минимизира отделянето на активен материал от повърхността на плочите по време на циклична експлоатация и надеждно потиска стратификацията на електролита в корпуса на батерията. Благодарение на тази уникална вътрешна конструкция геловите батерии могат да осигуряват стабилна електрохимична производителност през целия си жизнен цикъл и да избягват много от често срещаните рискове от повреди, характерни за традиционните батерийни конструкции. Следователно висококачествените гелови батерии осигуряват удължен срок на експлоатация с последователна производителност, което ги прави идеално подходящи за непрекъснато ежедневно зареждане и разреждане – сценарии, широко използвани в автономни и свързани към мрежата слънчеви енергийни системи.

Изисквания за прецизно зареждане

Тази висока производителност обаче има и своите недостатъци. Геловите батерии са изключително нетолерантни към прекомерно зареждане и напрежението им трябва да се регулира строго. Електролитът е по-вискоозен, което означава, че йоните се движат по-бавно и, като последица, гелът има по-високо вътрешно съпротивление от AGM. Това означава, че те не се зареждат толкова бързо и изискват бавно и стабилно презареждане.

Геловите батерии не понасят прекомерно зареждане. Прекомерното напрежение причинява вътрешни пукнатини и дупки в гела, които са необратими и намаляват общия срок на експлоатация и капацитета на батерията. Затова геловите батерии изискват собствен профил на зареждане със строги изисквания към напрежението. Това обикновено означава по-ниско напрежение за основното зареждане (14,0–14,2 V за 12 V система) в сравнение с AGM или течни батерии. Поради деликатния си характер препоръчваме геловите батерии да се използват с правилната настройка за зареждане на гелови батерии, за да се избегне повреждане на техния срок на експлоатация. В JOZOKING консултантските ни услуги по управление на батерии и проектиране на системи гарантират, че ще използвате подходящото оборудване, за да осигурите дълъг срок на експлоатация на вашите батерии.

Слънчева и възобновяема енергия – съхранение

Акумулаторите често са подложени на високи дневни скорости на зареждане и разреждане в хибридни и автономни слънчеви системи, а поради тази причина дълбокият цикъл на геловите акумулатори и способността им да се възстановяват след значително разреждане гарантират дълготрайна надеждност. Устойчивостта към топлината, която води до изпаряване, прави тези акумулатори идеален избор за приложения в по-топли климатични зони, а в технологията на JOZOKING, специално адаптирана за този пазар, иновационният гел е проектиран така, че да подобри устойчивостта към високи температури, да усилва геловата структура и да подобри мобилността на кислорода.

Резюме: Науката за надеждността

Тази гелова батерия илюстрира как интелигентните принципи на химическото инженерство могат да преодолеят основните предизвикателства, с които се сблъскват конвенционалните технологии за оловно-киселини клетки. Имобилизирането на течния електролит в гел чрез добавяне на кремнезем и осигуряването на вътрешна рекомбинация на газовете доведоха до презареждаща се, неизискваща поддръжка, непроливаема, запечатана оловно-киселинна батерия с изключително дълъг срок на служба при дълбоко циклиране. Това е основата, върху която са разработени иновативните неизискващи поддръжка гелови енергийни продукти на JOZOKING за сектора на възобновяемата енергия; те включват нашите изследвания в областта на усилването на гела и електродите и предлагат надеждни, икономически ефективни и сигурни решения за всички ваши нужди от системи за съхранение на възобновяема енергия и резервно захранване.