Как работает гелевый электролит в гелевом аккумуляторе?

Герметичные свинцово-кислые аккумуляторы для хранения энергии — революция в технологии гелевых батарей. Возможно, вы даже не знакомы с технологией герметичных свинцово-кислых аккумуляторов для хранения энергии, или, может быть, считаете их аналогичными аккумуляторам AGM. Гелевые элементы представляют собой прорыв в технологии свинцово-кислых аккумуляторов. В компании JOZOKING (TIANJIN) TECHNOLOGY CO., LTD. мы предлагаем высококачественные герметичные свинцово-кислые аккумуляторы без необходимости технического обслуживания для систем хранения солнечной энергии, телекоммуникаций, резервного питания и множества других промышленных применений. Чем они отличаются от других типов свинцово-кислых элементов? Прежде всего своей ключевой особенностью — гелевым электролитом. Далее следует подробное описание принципа работы гелевой аккумуляторной технологии, её свойств и причин, по которым её предпочитают во всём мире — в Европе, Северной Америке и Австралии.

Химия иммобилизации: от жидкости к гелю

Чтобы правильно понять, как работают гелевые аккумуляторы, сначала нужно выяснить, чем они НЕ являются и почему вообще потребовалось создавать гелевый аккумулятор на основе обычного свинцово-кислотного аккумулятора на 12 В. Стандартная «залитая» свинцово-кислотная ячейка использует жидкий электролит, который по сути представляет собой раствор серной кислоты и воды. Поскольку это жидкость, она может проливаться, испаряться и расслаиваться: со временем кислота оседает на дне ячейки.

Гелевая батарея устраняет эту проблему, переводя электролит в полутвёрдое состояние. Точнее говоря, в ещё более мелкодисперсную суспензию частиц кремнезёма (диоксида кремния), полученного методом пиролиза, добавляется определённое количество серной кислоты. В результате происходит химическая реакция с образованием тиксотропного геля, который в состоянии покоя не поддаётся перемещению, но при механическом воздействии изменяет свою вязкость, позволяя ионам перемещаться через кислоту во время зарядки и разрядки. По сути, это даёт электролит с вязкостью густого желе, надёжно удерживающего кислоту на длительный срок.

Это закрепление электролита внутри геля является отличительной чертой гелевой батареи и объясняет наличие у неё многих желательных свойств. Благодаря этому батарею можно устанавливать в любом положении без риска пролития, а структура гелевой матрицы создаёт идеальный внутренний каркас, способствующий важнейшему внутреннему процессу — рекомбинации газов. Именно поэтому гелевую батарею называют необслуживаемой свинцово-кислой батареей.

Цикл рекомбинации газов: секрет необслуживаемой работы

Одна из увлекательных особенностей гелевой батареи — способность рекомбинировать газы, выделяющиеся при зарядке, в воду, благодаря чему доливка электролита не требуется. Газы, образующиеся во время зарядки, рециркулируются посредством рекомбинации — это свойство относит гелевые батареи к типу VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid).

Вот процесс рекомбинации. При зарядке, особенно в конце цикла, на положительной пластине выделяется кислород. В залитой батарее кислород просто превращается в газ, который выходит пузырьками через элемент и уносит с собой часть воды, поэтому элемент необходимо периодически доливать водой. В гелевой батарее структура геля обеспечивает рекомбинацию: кислород проходит через микроскопические трещины, образующиеся при усадке геля, и достигает отрицательной пластины. Там он встречает пористую свинцовую структуру с высокой удельной поверхностью и адсорбируется на ней. Затем этот кислород соединяется с водородом, ранее десорбированным и удерживаемым на поверхности отрицательной пластины, образуя дополнительную воду.

Наш аккумулятор настолько эффективен за счёт внутренней рекомбинации, что односторонние предохранительные клапаны установлены на низком давлении — примерно 2 psi — и срабатывают только при возникновении неисправности для сброса избыточного давления. В штатном режиме работы аккумулятор полностью герметичен, внутренние газы рециркулируются, долив дистиллированной воды не требуется, а кислые пары не выделяются. Аспект «не требующего обслуживания» в технологии аккумуляторов JOZOKING лег в основу разработки гелевых аккумуляторов серии GFM, которые отлично подходят для эксплуатации в удалённых местах или в других труднодоступных применениях.

Высокая производительность глубокого цикла

Гелевые аккумуляторы стали популярным выбором для систем возобновляемой энергии и резервного электропитания благодаря исключительной способности выдерживать многократные циклы глубокого разряда в течение длительной эксплуатации. Специальный гелеобразный электролит внутри аккумулятора сохраняет относительную структурную стабильность электродных пластин даже при глубоком разряде в обычных рабочих условиях. Эта особенность эффективно минимизирует осыпание активного вещества с поверхности пластин в ходе циклической работы и надёжно подавляет расслоение электролита внутри корпуса аккумулятора. Благодаря этой уникальной внутренней конструкции гелевые аккумуляторы обеспечивают стабильные электрохимические характеристики на протяжении всего срока службы и избегают многих типичных рисков отказа, присущих традиционным конструкциям аккумуляторов. Таким образом, высококачественные гелевые аккумуляторы обеспечивают увеличенный срок службы при стабильных эксплуатационных показателях, что делает их идеально подходящими для сценариев ежедневного непрерывного цикла зарядки–разрядки, широко применяемых в автономных и сетевых солнечных энергосистемах.

Требования к точной зарядке

Однако такая высокая производительность имеет и свои недостатки. Гелевые аккумуляторы чрезвычайно чувствительны к перезарядке, и их напряжение необходимо строго регулировать. Электролит обладает более высокой вязкостью, что замедляет движение ионов и, как следствие, приводит к большему внутреннему сопротивлению геля по сравнению с AGM. Это означает, что они не способны принимать заряд так быстро и требуют медленной, стабильной подзарядки.

Гелевые аккумуляторы не переносят перезарядки. Превышение напряжения вызывает необратимые внутренние трещины и полости в геле, что снижает общий срок службы и ёмкость аккумулятора. Именно поэтому для гелевых аккумуляторов требуется отдельный профиль зарядки с жёсткими ограничениями по напряжению. Такое напряжение обычно ниже: например, для 12-вольтовой системы — 14,0–14,2 В по сравнению с AGM или жидкостными аккумуляторами. Из-за их хрупкости рекомендуется использовать для гелевых аккумуляторов соответствующий режим зарядки, специально предназначенный для геля, чтобы избежать сокращения срока службы. В компании JOZOKING наши консультации по управлению аккумуляторами и проектированию систем гарантируют выбор подходящего оборудования, обеспечивающего длительную эксплуатацию ваших аккумуляторов.

Солнечная и возобновляемая энергия: системы накопления

Аккумуляторы часто подвергаются высоким суточным циклам зарядки и разрядки в гибридных и автономных солнечных системах, поэтому способность гелевых аккумуляторов к глубокому циклу и восстановлению после значительного разряда обеспечивает их долгосрочную надёжность. Устойчивость к теплу, вызывающему испарение, делает их идеальным решением для применения в тёплом климате; в технологии аккумуляторов JOZOKING, специально адаптированной для этого рынка, инновационный гель разработан для повышения устойчивости к высоким температурам, укрепления гелевой структуры и улучшения подвижности кислорода.

Резюме: Наука надёжности

Этот гелевый аккумулятор демонстрирует, как интеллектуальные принципы химической инженерии позволяют преодолеть основные проблемы, с которыми сталкиваются традиционные свинцово-кислотные элементы. Иммобилизация жидкого электролита в гель за счёт добавления диоксида кремния и обеспечение внутренней рекомбинации газов позволили создать перезаряжаемый, необслуживаемый, герметичный, устойчивый к проливам свинцово-кислотный аккумулятор с выдающимся сроком службы в условиях глубокого цикла. Именно на этой основе построены инновационные необслуживаемые гелевые энергетические решения JOZOKING для сектора возобновляемой энергетики; в их разработку включены наши исследования по упрочнению геля и электродов, что обеспечивает надёжные, экономически эффективные и безопасные решения для любых ваших систем накопления энергии от возобновляемых источников и резервного электропитания.