Como Funciona o Eletrólito em Gel numa Bateria em Gel?

Armazenamento de energia de chumbo-ácido selado, uma revolução da bateria em gel. Talvez você nem conheça a tecnologia por trás de um armazenamento de energia de chumbo-ácido selado, ou talvez pense que ela é igual à bateria AGM; a célula em gel representa um avanço na tecnologia de células de chumbo-ácido. Na JOZOKING (TIANJIN) TECHNOLOGY CO., LTD. oferecemos baterias de chumbo-ácido seladas de alta qualidade, sem necessidade de manutenção, para sistemas de armazenamento de energia solar, telecomunicações, sistemas de reserva e muitas outras aplicações industriais. Como ela se diferencia de outros tipos de células de chumbo-ácido? Graças à sua característica principal: o eletrólito em gel. A seguir, apresentamos um estudo detalhado do princípio da tecnologia de bateria em gel, suas propriedades e os motivos pelos quais ela é preferida em todo o mundo, como na Europa, na América do Norte e na Austrália.

A Química da Imobilização: Do Líquido ao Gel

Para aprender adequadamente o que envolve a operação de uma bateria em gel, precisamos primeiro compreender o que ela NÃO é e por que tivemos de criar uma bateria em gel, inicialmente, a partir da nossa bateria padrão de chumbo-ácido de 12 V. Uma célula padrão de chumbo-ácido "alagada" utiliza uma solução eletrolítica líquida, composta basicamente por ácido sulfúrico e água. Como é um líquido, pode derramar, evaporar e separar-se em camadas, com o ácido afundando no fundo da célula ao longo do tempo.

A bateria de gel elimina esse problema ao converter o eletrólito em um estado semi-sólido. Mais precisamente, uma determinada quantidade de ácido sulfúrico é introduzida em uma dispersão ainda mais fina de partículas de sílica fumegante (dióxido de silício). Isso produz quimicamente um gel tixotrópico, que, em estado de repouso, não pode ser deslocado, mas altera sua viscosidade quando perturbado, permitindo que os íons sejam transportados através do ácido durante os processos de carga e descarga; na prática, isso fornece um eletrólito com a viscosidade de uma geleia densa que retém o ácido de forma estável a longo prazo.

Essa imobilização do eletrólito dentro do gel é exatamente a característica distintiva da bateria em gel e a razão pela qual ela possui muitas de suas características desejáveis. Não só permite instalação sem derramamento em qualquer posição da bateria, como também a estrutura da matriz em gel fornece um suporte interno ideal que facilita um mecanismo interno muito importante: a recombinacão de gases. E essa é a razão pela qual chamam a bateria em gel de bateria de chumbo-ácido livre de manutenção.

Ciclo de Recombinação de Gases: O Segredo para Funcionamento Livre de Manutenção

Uma característica fascinante da bateria em gel é sua capacidade de recombinar os gases gerados durante a carga em água, de modo que não é necessário repor o eletrólito. Os gases formados durante a carga são reciclados por meio da recombinacão, uma característica que classifica as baterias em gel como baterias do tipo VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid).

Este é o processo de recombinacão. A placa positiva produz oxigênio durante a carga, especialmente no final do ciclo. Em uma bateria inundada, o oxigênio simplesmente se transforma em gás, borbulhando através da célula e levando consigo alguma água, o que significa que a célula precisaria ser reabastecida. Em uma bateria de gel, a estrutura em gel permite que esse oxigênio percorra minúsculas fissuras causadas pela contração do gel e chegue à placa negativa. Lá, ele encontra uma estrutura de chumbo esponjosa com alta área superficial e adere a ela. Esse oxigênio então se combina com o hidrogênio previamente dessorvido e retido na superfície da placa negativa para produzir mais água.

Nossa bateria é tão eficiente com a recombinação interna que as válvulas de alívio de pressão unidirecionais são ajustadas para uma pressão baixa de aproximadamente 2 psi, apenas para liberar pressão excessiva em caso de falha. Durante a operação normal, a bateria permanece totalmente selada e recicla os gases internos; não há necessidade de reabastecer água destilada, nem emissão de vapores ácidos. O aspecto “livre de manutenção” da tecnologia de baterias JOZOKING é a base do nosso desenvolvimento de baterias em gel, que resultou na série GFM, especialmente adequada para uso em locais remotos ou em outras aplicações de difícil acesso.

Desempenho superior de ciclo profundo

As baterias de gel tornaram-se uma opção popular para sistemas de energia renovável e de alimentação de reserva devido à sua excepcional capacidade de suportar ciclos repetidos de descarga profunda ao longo de operação de longa duração. O eletrólito especial à base de gel no interior da bateria mantém a estabilidade estrutural relativa das placas eletrodos, mesmo quando ocorre descarga profunda sob condições normais de funcionamento. Essa característica minimiza eficazmente a perda de material ativo das superfícies das placas durante a operação cíclica e suprime de forma confiável a estratificação do eletrólito no interior da carcaça da bateria. Graças a essa estrutura interna exclusiva, as baterias de gel conseguem manter um desempenho eletroquímico estável ao longo de todo o seu ciclo de vida e evitam muitos riscos comuns de falha presentes em projetos tradicionais de baterias. Consequentemente, baterias de gel de alta qualidade oferecem uma vida útil prolongada com saída de desempenho consistente, tornando-as idealmente adequadas para cenários de ciclagem diária contínua de carga e descarga, amplamente adotados em sistemas solares isolados da rede elétrica (off-grid) e conectados à rede (grid-tied).

Requisitos de Carregamento Preciso

Esse alto desempenho, contudo, tem suas desvantagens. As baterias de gel são extremamente intolerantes à sobrecarga e sua tensão precisa ser rigorosamente regulada. O eletrólito é mais viscoso, o que significa que os íons se movem mais lentamente e, como consequência, o gel apresenta maior resistência interna do que uma bateria AGM. Isso significa que elas não aceitam carga tão rapidamente e exigem um recarregamento lento e constante.

As baterias de gel não gostam de ser sobrecarregadas. Uma tensão excessiva cria fissuras e buracos internos no gel, o que é irreversível e degrada a vida útil e a capacidade total da bateria. É por isso que as baterias de gel exigem um perfil de carregamento próprio, com requisitos rigorosos de tensão. Normalmente, esses requisitos incluem uma tensão de bulk mais baixa (14,0–14,2 V para um sistema de 12 V), comparada às baterias AGM ou inundadas. Devido à sua natureza delicada, recomendamos combinar baterias de gel com a configuração de carregamento específica para gel, a fim de evitar danos à vida útil da bateria. Na JOZOKING, nossos serviços de consultoria em gerenciamento de baterias e projeto de sistemas garantem que você utilize o hardware adequado para assegurar uma longa vida útil às suas baterias.

Armazenamento de Energia Solar e Renovável

As baterias são frequentemente submetidas a altas taxas diárias de carga e descarga em aplicações híbridas e solares fora da rede, e, por essa razão, a capacidade de ciclo profundo de uma bateria de gel e sua capacidade de recuperação após um alto nível de profundidade de descarga garantem confiabilidade a longo prazo. A resistência ao calor que provoca evaporação torna-as uma opção ideal para aplicações em climas mais quentes, e, na tecnologia de baterias JOZOKING especificamente adaptada para esse mercado, seu gel inovador foi projetado para melhorar a resistência a altas temperaturas, reforçar os géis e aprimorar a mobilidade do oxigênio.

Resumo: A Ciência da Confiabilidade

Esta bateria em gel ilustra como princípios inteligentes de engenharia química podem superar os principais desafios enfrentados pelas tecnologias convencionais de células de chumbo-ácido. A imobilização do eletrólito líquido em um gel, mediante a adição de sílica, e a possibilidade de reciclagem interna dos gases resultaram numa bateria selada de chumbo-ácido recarregável, livre de manutenção e à prova de vazamentos, com excelente vida útil em serviço de ciclos profundos. Esse foi o alicerce sobre o qual se baseiam os inovadores produtos de potência em gel livres de manutenção da JOZOKING para o setor de energias renováveis, incorporando nossa pesquisa em reforço do gel e em eletrodos, tudo isso proporcionando soluções confiáveis, economicamente eficientes e seguras para quaisquer necessidades de armazenamento de energia renovável e de backup de energia.