Come funziona l'elettrolita gelificato in una batteria al gel?

Accumulatore al piombo sigillato, una rivoluzione della batteria al gel. Forse non conosci nemmeno la tecnologia alla base dell’accumulatore al piombo sigillato, oppure pensi che sia identica a quella di una batteria AGM: la cella al gel rappresenta un progresso fondamentale nella tecnologia delle celle al piombo. Presso JOZOKING (TIANJIN) TECHNOLOGY CO., LTD. forniamo accumulatori al piombo sigillati di alta qualità, senza manutenzione, per sistemi di accumulo fotovoltaico, telecomunicazioni, sistemi di backup e numerose altre applicazioni industriali. In che cosa si differenzia dalle altre tipologie di celle al piombo? Grazie alla sua caratteristica principale: l’elettrolito in gel. Di seguito una trattazione approfondita del principio di funzionamento della tecnologia della batteria al gel, delle sue proprietà e dei motivi per cui è preferita in tutto il mondo — Europa, Nord America e Australia comprese.

La chimica dell’immobilizzazione: dal liquido al gel

Per comprendere correttamente il funzionamento delle batterie al gel, dobbiamo innanzitutto chiarire cosa non è e perché è stato necessario sviluppare una batteria al gel partendo dalla normale batteria al piombo-acido da 12 V. Una comune cella al piombo-acido "allagata" utilizza un elettrolita liquido, costituito essenzialmente da acido solforico e acqua. Essendo un liquido, può fuoriuscire, evaporare e stratificarsi, con l’acido che tende a depositarsi sul fondo della cella nel corso del tempo.

La batteria al gel risolve questo problema trasformando l'elettrolita in uno stato semisolido. Più precisamente, una certa quantità di acido solforico viene introdotta in una dispersione ancora più fine di particelle di biossido di silicio (silice fumogena). Ciò produce chimicamente un gel tissotropico, che, nello stato di riposo, non può essere spostato, ma modifica la propria viscosità quando viene perturbato, consentendo così lo scambio di ioni attraverso l'acido durante le fasi di carica e scarica; in pratica, fornisce un elettrolita con la viscosità di una gelatina densa, in grado di trattenere l'acido a lungo termine.

Questo immobilizzo dell'elettrolita all'interno del gel è proprio il tratto distintivo della batteria al gel e la ragione per cui possiede molte delle sue caratteristiche desiderabili. Non solo consente un'installazione priva di fuoriuscite in qualsiasi posizione della batteria, ma la struttura a matrice gel fornisce un'ideale impalcatura interna che facilita un meccanismo interno molto importante: la ricombinazione dei gas. Ed è per questo che la batteria al gel viene chiamata batteria al piombo-acido senza manutenzione.

Il ciclo di ricombinazione dei gas: il segreto del funzionamento senza manutenzione

Una caratteristica affascinante della batteria al gel è la capacità di ricombinare i gas di carica in acqua, così da non richiedere alcun rabbocco dell'elettrolita. I gas formati durante la carica vengono riciclati mediante ricombinazione, una caratteristica che classifica le batterie al gel come batterie di tipo VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid).

Ecco il processo di ricombinazione. La piastra positiva genera ossigeno durante la carica, in particolare verso la fine del ciclo. In una batteria allagata, l’ossigeno si trasforma semplicemente in un gas che fuoriesce sotto forma di bolle attraverso la cella, trascinando con sé una certa quantità d’acqua, il che significa che la cella deve essere regolarmente rabboccata. In una batteria al gel, la struttura gelatinosa consente la ricombinazione: l’ossigeno percorre minuscole crepe di ritiro nel gel e raggiunge la piastra negativa. Qui incontra una struttura in piombo di tipo spugnoso, con elevata superficie specifica, sulla quale aderisce. L’ossigeno si combina quindi con l’idrogeno precedentemente desorbito e trattenuto sulla superficie della piastra negativa, producendo ulteriore acqua.

La nostra batteria è così efficiente grazie alla ricombinazione interna che le valvole di sfiato a pressione unidirezionale sono impostate su un valore basso di circa 2 psi, per rilasciare esclusivamente la pressione in eccesso in caso di guasto. Durante il funzionamento normale, la batteria rimane completamente sigillata e ricicla i gas interni; non è quindi necessario aggiungere acqua distillata né vengono emesse esalazioni acide. L’aspetto "senza manutenzione" della tecnologia batterica JOZOKING costituisce la base dello sviluppo delle nostre batterie al gel, che ha portato alla serie GFM, particolarmente adatta per impieghi in località remote o in altre applicazioni di difficile accesso.

Prestazione Superiore del Ciclo Profondo

Le batterie al gel sono diventate una scelta popolare per i sistemi di energia rinnovabile e di alimentazione di riserva grazie alla loro eccezionale capacità di resistere a ripetuti cicli di scarica profonda durante un funzionamento prolungato. L’elettrolita speciale a base di gel all’interno della batteria mantiene la stabilità strutturale relativa delle piastre elettrodiche anche in caso di scarica profonda, che si verifica regolarmente nelle condizioni operative normali. Questa caratteristica riduce efficacemente il distacco del materiale attivo dalle superfici delle piastre durante il funzionamento ciclico e sopprime in modo affidabile la stratificazione dell’elettrolita all’interno dell’involucro della batteria. Grazie a questa struttura interna unica, le batterie al gel possono mantenere prestazioni elettrochimiche stabili per l’intero ciclo di vita e prevenire molti rischi di guasto comuni nei design tradizionali di batterie. Di conseguenza, le batterie al gel di alta qualità offrono una durata prolungata con prestazioni costanti, rendendole ideali per scenari di carica e scarica quotidiana continua, ampiamente adottati nei sistemi solari fuori rete (off-grid) e connessi alla rete (grid-tied).

Requisiti di ricarica precisa

Questa elevate prestazioni, tuttavia, comportano anche degli svantaggi. Le batterie al gel sono estremamente sensibili alle sovracariche e la loro tensione deve essere regolata con grande precisione. L'elettrolita è più viscoso, il che significa che gli ioni si muovono più lentamente e, di conseguenza, il gel presenta una resistenza interna maggiore rispetto a una batteria AGM. Ciò implica che non accettano la carica altrettanto rapidamente e richiedono una ricarica lenta e costante.

Le batterie al gel non tollerano la sovracarica. Una tensione eccessiva provoca crepe e fori interni nel gel, danni irreversibili che riducono sia la durata complessiva sia la capacità della batteria. Per questo motivo, le batterie al gel richiedono un proprio profilo di ricarica con tolleranze di tensione molto strette, spesso con una tensione di bulk più bassa (14,0–14,2 V per un sistema a 12 V) rispetto alle batterie AGM o alle batterie allagabili. Data la loro natura delicata, raccomandiamo di abbinare le batterie al gel alle corrispondenti impostazioni di ricarica specifiche per evitare danni alla loro durata. Presso JOZOKING, la nostra consulenza sulla gestione delle batterie e sulla progettazione dei sistemi garantisce l’impiego dell’hardware appropriato per assicurare una lunga vita alle vostre batterie.

Archiviazione solare ed energetica rinnovabile

Le batterie sono spesso soggette a elevati tassi giornalieri di carica e scarica nelle applicazioni ibride e nei sistemi solari autonomi; per questo motivo, la capacità di ciclo profondo di una batteria al gel e la sua capacità di recuperare da un alto livello di scarica profonda garantiscono affidabilità a lungo termine. La resistenza al calore che provoca evaporazione le rende un’opzione ideale per applicazioni in climi più caldi, e nella tecnologia delle batterie JOZOKING specificamente adattata a questo mercato, il loro innovativo gel è progettato per migliorare la resistenza alle alte temperature, rafforzare i gel e migliorare la mobilità dell’ossigeno.

Riassunto: La scienza dell'affidabilità

Questa batteria al gel illustra come i principi intelligenti dell’ingegneria chimica possano superare le principali sfide affrontate dalle tecnologie convenzionali delle celle al piombo-acido. Immobilizzando l’elettrolita liquido in un gel mediante l’aggiunta di silice e consentendo la ricombinazione interna dei gas, si è ottenuta una batteria al piombo-acido sigillata, ricaricabile, priva di manutenzione e a prova di fuoriuscita, con un’eccezionale durata nel servizio a ciclo profondo. Questo costituisce la base su cui si fondano i prodotti innovativi JOZOKING per batterie al piombo-acido prive di manutenzione, basati sul gel, destinati al settore delle energie rinnovabili; tale approccio incorpora la nostra ricerca sul rinforzo del gel e sugli elettrodi, offrendo soluzioni affidabili, economiche e sicure per qualsiasi esigenza di accumulo di energia rinnovabile e di alimentazione di riserva.