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Anatomia do sistema microporo da ripa AGM
11 Oct 2023

As características de desempenho das baterias VRLA são amplamente determinadas pelas características capilares do separador AGM, ou seja, a capacidade de manter os microporos na direção da espessura do separador preenchido com eletrólito e evitar que o eletrólito seque e cause delaminação. Essas propriedades são influenciadas pela estrutura dos microporos, especialmente pela distribuição dos microporos do separador AGM. A estrutura da partição AGM é estudada detalhadamente. Ele realizou medições de aspiração central em divisórias AGM feitas de fibras de vidro finas e grossas. Depois que a divisória foi cortada em longas tiras, ela foi colocada na vertical em solução de H2SO4 com densidade relativa de 1,28. A parte inferior da divisória foi imersa na solução e foi medido o tempo para o núcleo eletrolítico atingir diferentes alturas. As taxas de aspiração do núcleo (altura/tempo de aspiração do núcleo) das partições AGM contendo 0%, 10%, 50% ou 100% de fibras finas estão listadas.


Pode-se observar na figura que existe uma relação linear óbvia entre os dois. Usando a equação e posterior análise teórica, a equação de Laplace é obtida da seguinte forma:


Onde p é a pressão capilar, r é a abertura, γ é a tensão superficial interna e θ é o ângulo de contato. Ao alterar a proporção entre fibras finas e grossas, podem ser produzidas partições AGM com uma determinada estrutura de tamanho de microporos.


A figura mostra a distribuição do tamanho dos poros em raio para uma amostra de separador AGM produzida usando um processo de extrusão de baixa pressão.


Como mostra a figura, cerca de 90% dos microporos têm 10-24 μm de diâmetro. Estes são principalmente microporos do plano Z. Cerca de 5% dos macroporos têm entre 30 e 100μm de diâmetro. Na bateria VRLA, o sistema de furos do diafragma AGM está em contato próximo com o sistema de furos dos dois tipos de placas. A figura mostra a distribuição dos tamanhos dos microporos das substâncias ativas nas placas positivas e negativas. Para as placas novas e totalmente formadas, 80% do diâmetro dos microporos do material ativo é inferior a 1 μm. Este valor é significativamente inferior à abertura média do separador AGM. Quando o grupo polar está sob pressão, o separador AGM é pressionado contra a placa, garantindo assim um contato próximo entre as duas superfícies. Após a aspiração de célula única, o eletrólito injetado é primeiro absorvido pelos microporos da placa e depois pelos microporos do diafragma. De acordo com os requisitos técnicos, o separador AGM deve garantir que 96% dos microporos sejam preenchidos com eletrólito.

Quando a placa começa a liberar gás, o eletrólito nos microporos da placa é extrudado e rapidamente adsorvido nos microporos do separador, de modo que o separador fica completamente saturado. Quando o circuito é desconectado, o gás sai do microfuro da placa e o eletrólito inalado pelo separador é sugado de volta para o microfuro da placa. Assim, apenas os microporos de grande diâmetro no separador AGM permanecem porosos, enquanto os microporos da placa são, por sua vez, preenchidos com eletrólito. Portanto, o parâmetro "saturação eletrolítica" é usado principalmente para partições AGM.

Foi demonstrado que a porosidade de uma amostra AGM de 225g/m2 muda com a pressão aplicada (não excedendo 138kPa). A porosidade é expressa como a razão (porcentagem) entre o volume do microporo e o volume total do separador AGM.


Sob a pressão acima, a porosidade do AGM muda bastante. A espessura da parede da caixa da bateria deve ser grande para resistir a esta alta pressão. Portanto, a pressão no plano xy do separador tem apenas um leve efeito na porosidade.

Por que a pressão tem um efeito tão pequeno na porosidade do diafragma? A estrutura de fibra de vidro do diafragma consiste em fibras ligadas aleatoriamente, mas isso ocorre principalmente no plano xy do AGM, e o maior orifício está na direção do eixo Z perpendicular ao plano xy. O efeito da compressão da partição no tamanho do furo do eixo Z é muito fraco. No entanto, este não é o caso para tamanhos de furos orientados para x e y. Sob pressão, esses furos mudam significativamente. Assim, uma compressão de 15% resulta numa redução de 50% no diâmetro dos microporos.

A estrutura microporosa determina as propriedades do separador AGM, e os poros da placa são menores e mais fáceis de absorver o eletrólito. Durante a carga e descarga, o eletrólito é distribuído dinamicamente por todo o grupo de eletrodos. O grupo de pólos compacto faz com que o separador se ajuste à placa, garantindo o transporte de íons e o transporte de oxigênio.

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