Cum funcționează electrolitul gel dintr-o baterie cu gel?

Acumulatori sigilați cu plumb-acid, o revoluție a bateriilor cu gel. Poate nu știți nici măcar tehnologia din spatele acumulatorilor sigilați cu plumb-acid, sau poate credeți că sunt identici cu bateriile AGM; celula cu gel reprezintă o descoperire importantă în domeniul tehnologiei celulelor cu plumb-acid. La JOZOKING (TIANJIN) TECHNOLOGY CO., LTD. oferim acumulatori sigilați cu plumb-acid de înaltă calitate, fără întreținere, pentru sistemele de stocare a energiei solare, comunicații, sisteme de rezervă și multe alte aplicații industriale. Cum se diferențiază aceștia de celelalte tipuri de celule cu plumb-acid? Datorită caracteristicii lor principale: electrolitul în stare de gel. Mai jos urmează un studiu detaliat privind principiul tehnologiei bateriilor cu gel, proprietățile acestora și motivele pentru care sunt preferate în întreaga lume — Europa, America de Nord și Australia.

Chimia imobilizării: de la lichid la gel

Pentru a înțelege corect ce implică funcționarea bateriilor cu gel, trebuie mai întâi să înțelegem ce nu implică și de ce a fost necesară crearea bateriei cu gel, pornind de la bateria obișnuită cu plumb-acid de 12 V. O celulă standard cu plumb-acid „înundată” folosește un electrolit lichid, care este, de fapt, o soluție de acid sulfuric și apă. Deoarece este lichid, acesta poate curge, evapora și se poate stratifica, acidul așezându-se treptat pe fundul celulei.

Bateria cu gel elimină această problemă prin transformarea electrolitului într-o stare semisolidă. Mai exact, o anumită cantitate de acid sulfuric este introdusă într-o dispersie și mai fină de particule de silice fumegătoare (dioxid de siliciu). Aceasta produce chimic un gel tixotrop, care, în starea de repaus, nu poate fi deplasat, dar își modifică vâscozitatea atunci când este perturbat, astfel încât ionii pot fi transportați prin acid în timpul încărcării și descărcării. În esență, acest lucru oferă un electrolit cu vâscozitatea unei jeleuri consistente, care reține acidul pe termen lung.

Această imobilizare a electrolitului în gel este tocmai caracteristica distinctivă a bateriei cu gel și motivul pentru care aceasta prezintă multe dintre caracteristicile sale dorite. Nu doar că permite instalarea fără riscul scurgerii electrolitului, indiferent de poziția bateriei, ci structura matricei de gel oferă un schelet intern ideal, care facilitează un mecanism intern foarte important: recombinația gazelor. Și acesta este motivul pentru care bateria cu gel este denumită baterie acumulator de plumb-acid fără întreținere.

Ciclul de recombinație a gazelor: Secretul funcționării fără întreținere

O caracteristică fascinantă a bateriei cu gel este capacitatea de a recombina gazele generate în timpul încărcării în apă, astfel încât nu este necesară completarea electrolitului. Gazele formate în timpul încărcării sunt reciclate prin recombinație, o caracteristică care plasează bateriile cu gel în categoria bateriilor VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid).

Iată procesul de recombinare. Placa pozitivă generează oxigen în timpul încărcării, mai ales spre finalul ciclului. Într-o baterie cu electrolit lichid, oxigenul se transformă pur și simplu în gaz, care iese prin celulă sub formă de bule, antrenând o parte din apă, ceea ce înseamnă că celula trebuie completată periodic. Într-o baterie gel, structura gelului permite recombinarea: oxigenul se deplasează prin microfisuri minuscule apărute în gel și ajunge la placa negativă. Aici întâlnește o structură poroasă din plumb, cu suprafață mare, unde se fixează. Apoi, oxigenul se combină cu hidrogenul anterior desorbit și reținut pe suprafața plăcii negative, formând astfel mai multă apă.

Bateria noastră este atât de eficientă datorită recombinației interne, încât supapele unidirecționale de evacuare a presiunii sunt reglate la o valoare scăzută, de aproximativ 2 psi, având rolul de a elibera presiunea în exces doar în cazul unui defect. În timpul funcționării normale, bateria rămâne complet etanșată și reciclează gazele interne; nu este necesară completarea cu apă distilată, iar nu se degajă niciun fel de vapori acizi. Caracteristica „fără întreținere” a tehnologiei de baterie JOZOKING stă la baza dezvoltării bateriilor noastre cu gel, care au condus la seria GFM, foarte potrivită pentru utilizare în locații izolate sau în alte aplicații la care accesul este dificil.

Performanță superioară deep cycle

Bateriile cu gel au devenit o alegere populară pentru sistemele de energie regenerabilă și sistemele de rezervă, datorită capacității excepționale de a rezista unui număr mare de cicluri de descărcare profundă pe durata întregii perioade de funcționare. Electroliții speciali pe bază de gel din interiorul bateriei mențin stabilitatea structurală relativă a plăcilor electrodice, chiar și în cazul descărcărilor profunde care apar în condiții normale de lucru. Această caracteristică minimizează eficient desprinderea materialului activ de pe suprafețele plăcilor în timpul funcționării ciclice și suprimă în mod fiabil stratificarea electroliților în interiorul carcasei bateriei. Datorită acestei structuri interne unice, bateriile cu gel pot menține o performanță electrochimică stabilă pe tot parcursul duratei lor de viață și pot evita numeroase riscuri obișnuite de defectare specifice designurilor tradiționale de baterii. Astfel, bateriile cu gel de înaltă calitate oferă o durată de viață prelungită și o performanță constantă, fiind ideal adaptate pentru scenariile de încărcare-descărcare zilnică continuă, larg răspândite în sistemele solare off-grid și grid-tied.

Cerințe de încărcare precisă

Această performanță ridicată are, totuși, și dezavantaje. Bateriile cu gel sunt extrem de sensibile la suprancărcare și tensiunea lor trebuie reglată foarte strict. Electroliții sunt mai vâscoși, ceea ce înseamnă că ionii se deplasează mai lent și, ca urmare, gelul are o rezistență internă mai mare decât cea a bateriilor AGM. Acest lucru înseamnă că ele nu se încarcă atât de rapid și necesită o încărcare lentă și constantă.

Bateriile cu gel nu suportă supraîncărcarea. Tensiunea excesivă generează crăpături și găuri interne în gel, care sunt ireversibile și reduc durata de viață și capacitatea totală a bateriei. De aceea, bateriile cu gel necesită un profil de încărcare specific, cu cerințe stricte privind tensiunea. Acestea implică adesea o tensiune de încărcare în masă mai scăzută (14,0–14,2 V pentru un sistem de 12 V), comparativ cu bateriile AGM sau cele cu electrolit lichid. Din cauza naturii lor delicate, recomandăm utilizarea setărilor corespunzătoare de încărcare pentru baterii cu gel, pentru a evita deteriorarea duratei de viață a acestora. La JOZOKING, consultanța noastră privind managementul bateriilor și proiectarea sistemelor asigură utilizarea echipamentelor adecvate, astfel încât bateriile dumneavoastră să ofere o durată de viață îndelungată.

Stocarea energiei solare și a altor surse regenerabile

Bateriile sunt adesea supuse unor rate zilnice ridicate de încărcare și descărcare în aplicațiile hibride și solare off-grid, iar din acest motiv, capacitatea de ciclare profundă a bateriilor gel și capacitatea lor de a se recupera după un nivel ridicat de adâncime a descărcării asigură fiabilitate pe termen lung. Rezistența la căldură, care duce la evaporare, le face o opțiune ideală pentru aplicații în climă mai caldă, iar în tehnologia de baterii JOZOKING, special adaptată pentru această piață, gelul inovator este conceput pentru a îmbunătăți rezistența la temperaturi ridicate, a consolida gelurile și a îmbunătăți mobilitatea oxigenului.

Rezumat: Știința fiabilității

Această baterie cu gel ilustrează modul în care principiile ingineriei chimice inteligente pot depăși provocările principale cu care se confruntă tehnologiile convenționale ale celulelor cu acid plumb. Imobilizarea electrolitului lichid sub formă de gel prin adăugarea de silice și posibilitatea recombinării interne a gazelor au condus la o baterie acumulatoră, etanșată, fără necesitate de întreținere și imposibil de versat, pe bază de acid plumb, care oferă o durată de viață remarcabil de lungă în regim de ciclare profundă. Aceasta a constituit fundalul pe care se bazează produsele inovatoare JOZOKING de baterii cu acid plumb fără întreținere, cu gel, destinate sectorului energiei regenerabile; acestea integrează cercetarea noastră privind consolidarea gelului și electrozilor, oferind soluții fiabile, eficiente din punct de vedere al costurilor și sigure pentru orice sistem de stocare a energiei regenerabile și orice necesitate de rezervă energetică.