Separador AGM e reação de transferência entre placas positivas e negativas
Estrutura e função das divisórias
As divisórias AGM utilizadas pela
VRLA possuem as seguintes funções adicionais:
Absorver o eletrólito (terceira substância ativa da bateria) para que não flua. Fornece um orifício de transferência de gás relativamente grande para difusão de oxigênio e, assim, facilita a operação do COC.
A alta condutividade iônica é garantida. Fornecer um canal de transporte para a corrente iônica, para que ela possa ser transmitida entre os dois tipos de placas, para que a reação REDOX possa ser realizada rapidamente.
Limite a expansão volumétrica do PAM, mantenha a pressão do grupo polar e minimize o efeito de pulsação do material ativo positivo durante o ciclo.
São apresentadas imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de amostras de separadores AGM. Como pode ser visto na figura, o separador AGM é composto por fibras de vidro de borosilicato quimicamente graduadas, que têm de 1 a 2 mm de comprimento e variam em espessura (0,1 a 10 μm de diâmetro). A proporção de diferentes fibras determina o equilíbrio entre as diferentes funções do separador e o preço do separador. Essas fibras são hidrofílicas e absorvem o eletrólito. As fibras mais finas no separador (isto é, aquelas com diâmetros menores) têm uma área superficial maior e formam microporos com diâmetros internos menores, mas são mais caras. As divisórias AGM também contêm 15-18% de PP, PE e outras fibras poliméricas, que melhoram a resistência mecânica da divisória e promovem a formação de canais de gás (porque esses materiais são parcialmente hidrofóbicos), mas também reduzem o preço da divisória. O processo de produção do separador AGM é semelhante ao processo de fabricação de papel, tornando-o uma estrutura anisotrópica. Sua característica estrutural é que o tamanho dos poros do plano xy da partição é de 2 a 4 μm, enquanto o tamanho dos poros perpendiculares ao plano xy é de 10 a 30 μm [27]. A função dos furos do plano Xy é distribuir o eletrólito na direção da espessura do separador e manter a taxa de absorção do núcleo quando o separador está parcialmente preenchido com eletrólito. Grandes buracos formam canais de gás abertos.
Transmissão de gás através do separador AGM
Depois que o oxigênio precipita da placa positiva, ele é transferido para a placa negativa e então ocorre a reação de redução na placa negativa. Todo o processo de transmissão de oxigênio passa pelas seguintes etapas.
Primeiro, o oxigênio forma pequenas bolhas nos microporos do PAM preenchidos com eletrólito. Essas pequenas bolhas gradualmente se aglutinam em bolhas discretas, que gradualmente substituem o eletrólito nos microporos da placa em direção ao separador. Uma pequena porção do oxigênio nas bolhas que atingem a superfície da placa é dissolvida no eletrólito, enquanto a maior parte do oxigênio gasoso permanece na forma de bolhas na interface placa/separador. O separador AGM é uma estrutura não uniforme, portanto o oxigênio se acumula em áreas com baixa densidade de fibras na superfície do AGM (estrutura solta) ou em algumas áreas vazias entre a placa e o separador (eletrodo tubular/AGM).
Aplicar pressão ao grupo polar pode aproximar o contato entre a superfície da fibra de vidro e a superfície da placa, promovendo a penetração do oxigênio no separador. Existem dois mecanismos de reação possíveis:
1. Quando a pressão do grupo polar é baixa, o volume de gás acumulado na interface placa/separador AGM aumenta. Sob a influência da gravidade, o fluxo de ar aumentará verticalmente. O eletrólito é duas vezes mais denso que o gás, empurrando o gás para cima, para o espaço superior do grupo polar. Desta forma, o oxigênio sairá do grupo polar. A taxa de fluxo vertical do gás depende da corrente que passa pela bateria, da temperatura do eletrólito e do estado da bateria (como uma bateria nova ou uma bateria usada há muito tempo).
2. Quando a pressão do grupo polar é alta, o defletor pressiona firmemente a placa e as bolhas entram no defletor. As bolhas se movem horizontalmente, tentando aumentar o canal de gás na divisória. A densidade da estrutura do material de fibra de vidro é irregular e as bolhas entram nas peças com baixa densidade de fibra. As bolhas se movem não apenas aleatoriamente, mas também paralelamente e em uma direção perpendicular à superfície do separador. No entanto, o fluxo de ar se move principalmente através do separador AGM em direção à placa negativa com menor pressão de gás, e o gradiente de pressão empurra o oxigênio nessa direção. Sob a ação da pressão, o gás substitui o eletrólito nos microporos do diafragma e, assim, forma um canal de gás. Quando um canal de gás contínuo é formado, o movimento do oxigênio entre a placa positiva e a placa negativa é acelerado.
Durante a produção de divisórias AGM para baterias VRLA, a espessura das divisórias é medida a uma pressão padrão de 10kPa. Para aumentar o contato entre a placa e o separador, o grupo polar (matéria ativa) é comprimido, reduzindo a espessura do separador em aproximadamente 25%. O grupo de pólos da bateria estacionária alta é preso com uma bandagem plástica antes de ser carregado no tanque da bateria para manter a pressão do grupo de pólos.
Em resumo, o separador AGM é dotado de mais funções, essenciais para a bateria AGM, nada menos que a placa positiva e a placa negativa. O grupo polar mantém uma certa pressão, além de conseguir a transmissão do oxigênio, é mais importante garantir a condutividade do separador. Mais sobre isso nos tweets subsequentes.
