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Estrutura e Função dos Separadores AGM
26 Jan 2024
O espaçador AGM utilizado no VRLA possui as seguintes funções adicionais:

-Absorver o eletrólito (terceira substância ativa da bateria) para que não flua. Fornece orifícios de transmissão de gás relativamente grandes para difusão de oxigênio e, consequentemente, facilita a operação do COC.

-Garante alta condutividade iônica. Fornece canais de transporte para que os fluxos iônicos viajem entre os dois tipos de placas polares, permitindo que as reações redox ocorram rapidamente.

-Limite a expansão do volume do PAM e mantém a pressão do grupo de pólos, minimizando os efeitos da pulsação do material ativo positivo durante o ciclo.

A figura ilustra uma imagem de micrografia eletrônica de varredura (SEM) da amostra do espaçador AGM.
Como pode ser visto na figura, o espaçador AGM consiste em fibras de vidro de borosilicato de grau químico com 1-2 mm de comprimento e espessura variável (0,1-10 μm de diâmetro). A proporção das diferentes fibras determina o equilíbrio entre as diferentes funções do espaçador e o preço do espaçador. Essas fibras são hidrofílicas e absorvem o eletrólito. Fibras mais finas (ou seja, fibras com diâmetros menores) no anteparo têm uma área superficial maior e formam microporos com diâmetros internos menores, mas são mais caras. Os anteparos AGM também contêm 15-18% de fibras poliméricas, como PP, PE, etc., que aumentam a resistência mecânica das anteparas e promovem a formação de canais de gás (pois esses materiais são parcialmente hidrofóbicos), o que também reduz o preço das anteparas. O processo de produção das anteparas AGM é semelhante ao da fabricação de papel. O processo é semelhante ao da fabricação de papel, tornando-o uma estrutura anisotrópica. A estrutura é caracterizada por um tamanho de poro de 2 a 4 μm no plano xy do espaçador e microporos perpendiculares ao plano xy com tamanho de 10 a 30 μm [27]. Os pequenos poros no plano xy servem para distribuir o eletrólito na direção da espessura do espaçador e para manter sua taxa de absorção do núcleo quando o espaçador está parcialmente preenchido com eletrólito. Os poros grandes, por outro lado, formam canais abertos de gás.



14.2.4.2 Transporte de Gás através do Separador AGM

Após ser precipitado da placa positiva, o oxigênio é transportado para a placa negativa, onde sofre uma reação de redução. Todo o processo de transferência de oxigênio passa pelas seguintes etapas.

Em primeiro lugar, o oxigênio forma pequenas bolhas nos microporos do PAM preenchidos com eletrólito. Então, essas pequenas bolhas fundem-se gradualmente em bolhas discretas, que gradualmente substituem o eletrólito nos microporos da placa polar em direção ao anteparo. Uma pequena porção do oxigênio nas bolhas que atingem a superfície da placa polar é dissolvida no eletrólito, enquanto a maior parte do oxigênio gasoso permanece na forma de bolhas na interface placa polar/espaçador. O espaçador AGM é um espaçador não homogêneo estrutura e, portanto, o oxigênio se acumula nas partes da superfície do AGM onde a densidade da fibra é baixa (estrutura frouxa) ou em algumas das lacunas entre a placa polar e o espaçador (eletrodo tubular/AGM).

A aplicação de pressão no aglomerado polar pode colocar a superfície da fibra de vidro em contato mais próximo com a superfície da placa polar e promover a penetração de oxigênio no espaçador. Existem dois mecanismos de reação possíveis:

1. Quando a pressão do grupo polar é baixa, o volume de gás que se acumula na interface placa polar/espaçador AGM aumenta. O fluxo de gás aumentará verticalmente sob o efeito da gravidade. A densidade do eletrólito é duas vezes maior que a densidade do gás, empurrando o gás para cima, para o espaço superior do aglomerado polar. Desta forma, o oxigênio sairá do grupo polar. A vazão vertical do gás depende da corrente que passa pela bateria, da temperatura do eletrólito e do estado de uso da bateria (por exemplo, bateria nova ou bateria de longa duração).
2. Quando a pressão no grupo polar é alta, o septo pressiona firmemente contra as placas polares e bolhas de gás entram no septo. As bolhas de gás movem-se horizontalmente e tentam aumentar os canais de gás no separador. A densidade da estrutura do material de fibra de vidro não é uniforme e as bolhas entram nas partes de menor densidade das fibras. As bolhas de gás movem-se não apenas aleatoriamente, mas também paralelamente ao longo da superfície do espaçador e numa direção perpendicular à superfície do espaçador. No entanto, o fluxo de gás move-se principalmente através da antepara AGM em direção à placa negativa, onde a pressão do gás é mais baixa, e o gradiente de pressão empurra o oxigênio nesta direção. Sob pressão, o gás substitui o eletrólito nos microporos do espaçador e, como resultado, formam-se canais de gás. Quando canais de gás contínuos são formados, o movimento do oxigênio entre as placas positivas e negativas é acelerado.

Durante a produção de separadores AGM para baterias VRLA, a espessura do separador é medida a uma pressão padrão de 10 kPa. Para aumentar o contato entre as placas e o espaçador, o grupo polar (corpo ativo) é comprimido, o que reduz a espessura do espaçador em aproximadamente 25%. O grupo de pólos da bateria estacionária de tipo alto foi apertado com uma bandagem plástica antes de ser carregado no slot da bateria, mantendo assim a pressão do grupo de pólos.

Em resumo, os separadores AGM recebem mais funções que são críticas para as baterias AGM, nada menos que as placas positivas e negativas. Além de permitir a transferência de oxigênio, é mais importante manter um certo nível de pressão no grupo polar para garantir que o espaçador seja eletricamente condutor. Isso é descrito com mais detalhes em um tweet subsequente.
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