AGM- Separator und Transferreaktion zwischen positiven und negativen Platten
Aufbau und Funktion von Trennwänden Die von
VRLA
verwendeten AGM-Trennwändehaben folgende zusätzliche Funktionen:
Nehmen Sie den Elektrolyten (die dritte aktive Substanz der Batterie) auf, damit dieser nicht fließt. Bietet ein relativ großes Gasübertragungsloch für die Sauerstoffdiffusion und erleichtert so den Betrieb des COC.
Eine hohe Ionenleitfähigkeit ist gewährleistet. Stellen Sie einen Transportkanal für den Ionenstrom bereit, damit dieser zwischen den beiden Plattentypen übertragen werden kann, damit die REDOX-Reaktion schnell durchgeführt werden kann.
Begrenzen Sie die Volumenausdehnung von PAM, halten Sie den Polargruppendruck aufrecht und minimieren Sie den Pulsationseffekt des positiven aktiven Materials während des Zyklus.
Es werden Rasterelektronenmikroskopiebilder (REM) von AGM-Separatorproben präsentiert. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, besteht der AGM-Separator aus chemisch abgestuften Borosilikatglasfasern mit einer Länge von 1 bis 2 mm und unterschiedlicher Dicke (Durchmesser von 0,1 bis 10 μm). Das Verhältnis verschiedener Fasern bestimmt das Gleichgewicht zwischen den verschiedenen Funktionen des Separators und den Preis des Separators. Diese Fasern sind hydrophil und nehmen den Elektrolyten auf. Die feineren Fasern im Separator (also solche mit kleineren Durchmessern) haben eine größere Oberfläche und bilden Mikroporen mit kleineren Innendurchmessern, sind aber teurer. AGM-Trennwände enthalten außerdem 15-18 % PP-, PE- und andere Polymerfasern, die die mechanische Festigkeit der Trennwand verbessern und die Bildung von Gaskanälen fördern (da diese Materialien teilweise hydrophob sind), aber auch den Preis der Trennwand senken. Der Herstellungsprozess des AGM-Separators ähnelt dem des Papierherstellungsprozesses und weist daher eine anisotrope Struktur auf. Sein Strukturmerkmal besteht darin, dass die Porengröße der xy-Ebene der Trennwand 2–4 μm beträgt, während die Größe der Poren senkrecht zur xy-Ebene 10–30 μm beträgt[27]. Die Funktion der Löcher in der Xy-Ebene besteht darin, den Elektrolyten in Richtung der Dicke des Separators zu verteilen und seine Kernabsorptionsrate aufrechtzuerhalten, wenn der Separator teilweise mit Elektrolyt gefüllt ist. Große Löcher bilden offene Gaskanäle.
Gasübertragung durch den AGM-Separator
Nachdem sich der Sauerstoff von der positiven Platte niedergeschlagen hat, wird er auf die negative Platte übertragen, und dann findet die Reduktionsreaktion auf der negativen Platte statt. Der gesamte Sauerstoffübertragungsprozess durchläuft die folgenden Phasen.
Zunächst bildet Sauerstoff winzige Bläschen in den mit Elektrolyt gefüllten PAM-Mikroporen. Diese winzigen Bläschen verschmelzen dann nach und nach zu einzelnen Bläschen, die nach und nach den Elektrolyten in den Mikroporen der Platte zum Separator hin ersetzen. Ein kleiner Teil des Sauerstoffs in den Blasen, die die Oberfläche der Platte erreichen, wird im Elektrolyten gelöst, während der größte Teil des gasförmigen Sauerstoffs in Form von Blasen an der Grenzfläche zwischen Platte und Separator verbleibt. Der AGM-Separator hat eine ungleichmäßige Struktur, sodass sich Sauerstoff in Bereichen mit geringer Faserdichte auf der AGM-Oberfläche (lockere Struktur) oder in einigen freien Bereichen zwischen der Platte und dem Separator (röhrenförmige Elektrode/AGM) ansammelt.
Durch Druck auf die polare Gruppe kann der Kontakt zwischen der Oberfläche der Glasfaser und der Oberfläche der Platte enger werden, wodurch das Eindringen von Sauerstoff in den Separator gefördert wird. Es gibt zwei mögliche Reaktionsmechanismen:
1. Wenn der Polargruppendruck niedrig ist, nimmt das Volumen des an der Schnittstelle zwischen Platte und AGM-Separator angesammelten Gases zu. Unter dem Einfluss der Schwerkraft steigt der Luftstrom vertikal an. Der Elektrolyt ist doppelt so dicht wie das Gas und drückt das Gas nach oben in den oberen Raum der Polargruppe. Auf diese Weise verlässt Sauerstoff die polare Gruppe. Die vertikale Gasdurchflussrate hängt vom durch die Batterie fließenden Strom, der Elektrolyttemperatur und dem Zustand der Batterie ab (z. B. eine neue Batterie oder eine schon lange verbrauchte Batterie).
2. Wenn der Polargruppendruck hoch ist, drückt die Schallwand fest auf die Platte und die Blasen dringen in die Schallwand ein. Die Blasen bewegen sich horizontal und versuchen, den Gaskanal in der Trennwand zu vergrößern. Die Dichte der Glasfasermaterialstruktur ist ungleichmäßig und die Blasen dringen in Teile mit geringer Faserdichte ein. Die Blasen bewegen sich nicht nur zufällig, sondern auch parallel und in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Abscheiders. Der Luftstrom bewegt sich jedoch hauptsächlich durch den AGM-Abscheider in Richtung der negativen Platte mit dem geringsten Gasdruck, und das Druckgefälle drückt den Sauerstoff in diese Richtung. Unter Druckeinwirkung ersetzt das Gas den Elektrolyten in den Mikroporen des Diaphragmas und bildet so einen Gaskanal. Wenn ein kontinuierlicher Gaskanal entsteht, wird die Sauerstoffbewegung zwischen der positiven und der negativen Platte beschleunigt.
Bei der Herstellung von AGM-Trennwänden für VRLA-Batterien wird die Dicke der Trennwände bei einem Standarddruck von 10 kPa gemessen. Um den Kontakt zwischen Platte und Separator zu erhöhen, wird die polare Gruppe (die aktive Materie) komprimiert, wodurch die Dicke des Separators um etwa 25 % verringert wird. Die Polgruppe der hohen stationären Batterie wird vor dem Laden in den Batterietank mit einer Kunststoffbandage gesichert, um den Polgruppendruck aufrechtzuerhalten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der AGM-Separator mit mehr Funktionen ausgestattet ist, die für die AGM-Batterie wesentlich sind, nicht weniger als die positive Platte und die negative Platte. Die polare Gruppe hält einen bestimmten Druck aufrecht. Neben der Erzielung einer Sauerstoffdurchlässigkeit ist es wichtiger, die Leitfähigkeit des Separators sicherzustellen. Mehr dazu in den folgenden Tweets.
