Khi việc sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng trở nên phổ biến, các yêu cầu về việc sử dụng năng lượng dự trữ trong các hệ thống quang điện không nối lưới cũng ngày càng cao hơn. Hiện nay, việc sử dụng pin keo trong các hệ thống ứng dụng quang điện đã trở thành xu hướng chủ đạo. Bây giờ hãy thực hiện phân tích so sánh sau đây về pin gel và pin AGM.
Hiện nay, có hai loại ắc quy chì kín điều chỉnh bằng van (VRLA) là ắc quy tách sợi thủy tinh (AGM) và gel silicon (Gel) được sử dụng để "cố định" chất điện phân axit sunfuric theo hai cách khác nhau. Tất cả đều sử dụng nguyên lý hấp thụ cực âm để bịt kín pin, nhưng các kênh cung cấp oxy kết tủa từ cực dương đến cực âm là khác nhau, vì vậy hiệu suất của hai pin có những ưu điểm riêng.
1. Sơ lược về lịch sử
Pin chì-axit là nguồn năng lượng hóa học được sử dụng rộng rãi nhất trong các lĩnh vực quân sự và dân sự kể từ khi thành lập cho đến nay. Vì nó sử dụng chất điện phân axit sunfuric, axit sẽ chảy ra ngoài trong quá trình vận chuyển và sương axit sẽ kết tủa trong quá trình sạc, điều này sẽ gây hại cho môi trường và thiết bị. Mọi người cố gắng "sửa chữa" chất điện phân và "niêm phong" pin. Vì vậy, pin chì-axit sử dụng chất điện phân keo ra đời.
Chất điện phân keo được sử dụng trong pin lưu trữ chì keo ban đầu được làm bằng thủy tinh nước và sau đó được thêm trực tiếp vào pin lưu trữ chì khô. Mặc dù điều này đạt được mục đích "cố định" chất điện phân hoặc giảm sự kết tủa của sương axit, nhưng dung lượng của pin thấp hơn khoảng 20% so với dung lượng pin ban đầu khi sử dụng chất điện phân tự do nên không được mọi người chấp nhận.
Gần như cùng lúc với sự phát triển của pin keo, pin axit chì hấp thụ cực âm với màng sợi thủy tinh đã ra đời. Nó không chỉ loại bỏ sương mù axit của pin axit-chì mà còn cho thấy những ưu điểm của điện trở trong nhỏ và đặc tính xả dòng cao tốt. Vì vậy, trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là nơi ban đầu sử dụng ắc quy chì cố định, chúng đã nhanh chóng được quảng bá và ứng dụng, vì vậy người ta đã bỏ ắc quy chì keo lại phía sau.
Vào những năm 1980, các sản phẩm ắc quy chì được làm kín bằng gel của Công ty Ánh dương Đức đã thâm nhập thị trường Trung Quốc và kết quả của nhiều năm sử dụng đã cho thấy hiệu suất của nó thực sự khác biệt so với các loại ắc quy chì dạng keo trước đây. Điều này buộc mọi người phải hiểu lại về pin chì dạng keo.
Thứ hai, nguyên tắc làm việc của pin
Bất kể đó là ắc quy chì kín được điều chỉnh bằng van sử dụng màng ngăn bằng sợi thủy tinh (sau đây gọi là ắc quy chì kín AGM) hay ắc quy chì kín được điều chỉnh bằng van sử dụng chất điện phân gel (sau đây gọi là ắc quy chì kín keo), chúng tất cả đều sử dụng nguyên lý hấp thụ cực âm để làm cho Pin được niêm phong.
Khi pin được sạc, điện cực dương sẽ giải phóng oxy và điện cực âm sẽ giải phóng hydro. Quá trình oxy hóa trên điện cực dương bắt đầu khi điện tích điện cực dương đạt 70%. Oxy kết tủa đến điện cực âm và phản ứng với điện cực âm để đạt được mục đích hấp thụ cực âm. Sự phát triển hydro của điện cực âm phải bắt đầu khi điện tích đạt 90%, cùng với việc khử oxy trên điện cực âm và tăng quá thế hydro của chính điện cực âm, để tránh một số lượng lớn các phản ứng tiến hóa hydro .
Đối với ắc quy chì kín AGM, mặc dù phần lớn chất điện phân của ắc quy được giữ trong màng ngăn AGM, nhưng cần ngăn không cho chất điện phân lọt vào 10% lỗ của màng ngăn. Oxy được tạo ra bởi điện cực dương đến điện cực âm thông qua phần lỗ chân lông này và được điện cực âm hấp thụ.
Đối với pin chì kín keo, gel silicon trong pin là cấu trúc mạng xốp ba chiều bao gồm các hạt SiQ làm khung, bao bọc chất điện phân bên trong. Sau khi silica sol đổ vào pin biến thành gel, bộ xương sẽ co lại hơn nữa, khiến các vết nứt trên gel xuyên qua giữa các bản cực dương và bản cực âm, tạo ra một kênh dẫn oxy kết tủa từ điện cực dương đến điện cực âm.
Có thể thấy rằng nguyên tắc làm việc bịt kín của hai loại pin là giống nhau, và sự khác biệt nằm ở cách "cố định" chất điện phân và cách cung cấp oxy cho kênh điện cực âm là khác nhau.
Ba, sự khác biệt chính trong cấu trúc và công nghệ pin
Pin lưu trữ chì niêm phong AGM sử dụng dung dịch nước axit sunfuric tinh khiết làm chất điện phân và mật độ của nó là 1,29-1,3lg / cm3. Ngoại trừ một phần chất điện phân được hấp thụ bên trong tấm, phần lớn nó tồn tại trong màng sợi thủy tinh. Để cung cấp một kênh cho oxy kết tủa từ điện cực dương sang điện cực âm, cần phải giữ cho 10% lỗ của màng ngăn không bị chất điện phân chiếm dụng, nghĩa là thiết kế tinh gọn. Để làm cho tấm điện cực tiếp xúc hoàn toàn với chất điện phân, nhóm điện cực áp dụng phương pháp lắp ráp chặt chẽ.
Ngoài ra, để đảm bảo đủ tuổi thọ của pin, các tấm điện cực phải được thiết kế dày hơn và hợp kim lưới dương sử dụng hợp kim bậc bốn Pb'-q2w-Srr--A1.
Chất điện phân của pin lưu trữ chì kín keo được tạo thành từ silica sol và axit sunfuric. Nồng độ của dung dịch axit sunfuric thấp hơn so với ắc quy AGM, thường là 1,26 – 1,28g/cm3. Lượng chất điện phân nhiều hơn 20% so với pin AGM, tương đương với lượng pin bị ngập nước. Chất điện phân này tồn tại ở trạng thái keo và được lấp đầy trong dải phân cách và giữa các điện cực dương và âm. Chất điện phân axit sunfuric được bao quanh bởi gel và sẽ không chảy ra khỏi pin.
Vì loại pin này sử dụng cấu trúc lắp ráp không kín giàu chất lỏng, nên vật liệu lưới dương có thể là hợp kim antimon thấp hoặc có thể sử dụng tấm dương của pin hình ống. Đồng thời, để tăng dung lượng pin mà không làm giảm tuổi thọ của pin, tấm pin có thể được làm mỏng hơn. Không gian bên trong của ngăn chứa pin cũng có thể được mở rộng.
4. Dung lượng xả pin
Khả năng xả của pin gel ban đầu chỉ bằng khoảng 80% so với pin bị ngập nước. Điều này là do hiệu suất kém của chất điện phân gel được đổ trực tiếp vào pin bị ngập nước chưa được sửa đổi. Điện trở trong của pin tương đối lớn và chất điện phân gây ra khó di chuyển ion.
Công trình nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng công thức của chất điện phân keo được cải thiện, kích thước của các hạt keo được kiểm soát và các chất phụ gia polyme ưa nước được thêm vào để giảm nồng độ chất lỏng keo nhằm tăng tính thấm và ái lực với tấm điện cực. Công nghệ làm đầy chân không được sử dụng và miếng đệm composite được sử dụng. Tấm hoặc dải phân cách AGM thay thế dải phân cách cao su để cải thiện khả năng hấp thụ chất lỏng của pin; loại bỏ bể lắng của pin và tăng thích hợp hàm lượng vật liệu hoạt động của khu vực tấm. Do đó, khả năng phóng điện của pin kín gel có thể bằng hoặc gần bằng với pin chì loại hở. Mức độ.
Ắc quy chì kín loại AGM có ít chất điện phân hơn, các tấm dày hơn và mức sử dụng vật liệu hoạt động thấp hơn so với ắc quy hở. Do đó, khả năng phóng điện của pin thấp hơn khoảng 10% so với pin hở. So với pin gel-kín ngày nay, dung lượng xả của nó nhỏ hơn.
5. Điện trở trong của pin và khả năng xả dòng điện cao
Điện trở trong của pin chì-axit bao gồm điện trở trong ohmic, điện trở trong phân cực nồng độ và điện trở trong phân cực điện hóa. Cái trước bao gồm các tấm, bộ phận chì, chất điện phân và điện trở rào cản. Bộ tách sợi thủy tinh được sử dụng trong pin chì kín AGM có độ xốp 90% và axit sunfuric được hấp phụ trong đó. Pin thông qua một hình thức lắp ráp chặt chẽ. Sự khuếch tán và điện di của các ion trong thiết bị phân tách là rất nhỏ. Do đó, ắc quy chì kín AGM có điện trở trong thấp, khả năng xả nhanh dòng điện cao rất mạnh.
Chất điện phân của pin chì kín keo là gel silicon. Mặc dù tốc độ khuếch tán của các ion trong gel gần với tốc độ khuếch tán của dung dịch nước, nhưng sự di chuyển và khuếch tán của các ion bị ảnh hưởng bởi cấu trúc của gel và sự khuếch tán của các ion trong gel đường đi càng cong thì các lỗ chân lông trong cấu trúc càng hẹp thì sự tắc nghẽn càng lớn. Do đó, điện trở trong của pin axit-chì được làm kín bằng gel lớn hơn so với pin axit-chì được làm kín bằng AGM.
Tuy nhiên, kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu suất xả dòng điện cao của pin chì niêm phong bằng gel vẫn rất tốt, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của các tiêu chuẩn liên quan về hiệu suất xả dòng điện cao của pin niêm phong. Điều này có thể là do nồng độ axit và các ion liên quan khác trong lớp chất lỏng bên trong điện cực xốp và gần tấm điện cực đóng vai trò chính trong việc phóng điện lớn.
Sáu, thoát nhiệt
Chạy trốn nhiệt đề cập đến thực tế là điện áp sạc của pin không được điều chỉnh kịp thời trong giai đoạn sạc muộn (hoặc ở trạng thái nổi), do đó dòng điện sạc và nhiệt độ của pin có sự tăng cường tích lũy lẫn nhau. Lúc này, nhiệt độ của pin tăng cao dẫn đến Khe pin phồng lên và biến dạng, tốc độ thất thoát nước tăng cao, thậm chí có thể làm hỏng pin.
Hiện tượng trên là một hiện tượng rất có hại do sử dụng ắc quy chì niêm phong AGM không đúng cách. Điều này là do ắc quy chì kín AGM sử dụng thiết kế khít với chất lỏng nạc và 10% lỗ chân lông trong thiết bị phân tách phải được giữ cách xa chất điện phân. Do đó, tính dẫn nhiệt bên trong của pin kém và khả năng tỏa nhiệt nhỏ. Khi sạc, oxy do điện cực dương tạo ra sẽ đến điện cực âm và phản ứng với dây điện cực âm để tạo ra nhiệt. Nếu nó không được tháo ra kịp thời, nhiệt độ của pin sẽ tăng lên; nếu điện áp sạc không được giảm kịp thời, dòng sạc sẽ tăng lên và tốc độ phát triển oxy sẽ tăng lên. Lớn, do đó làm tăng nhiệt độ pin. Nếu một vòng luẩn quẩn như vậy tiếp tục, nó sẽ gây ra hiện tượng thoát nhiệt.
Đối với pin axit chì loại hở, do cực âm không có hiện tượng hấp thụ oxy và thể tích chất điện phân tương đối lớn nên quá trình tản nhiệt của pin dễ dàng và khả năng sinh nhiệt cũng lớn, tất nhiên sẽ có không có hiện tượng thoát nhiệt. Lượng chất điện phân được sử dụng trong ắc quy chì được làm kín bằng gel tương đương với lượng ắc quy chì có đầu hở. Khu vực xung quanh nhóm cực và giữa thân bể chứa đầy chất điện phân dạng gel, có khả năng dẫn nhiệt và tản nhiệt lớn, không tạo ra sự tích tụ nhiệt.
Pin dự trữ chì được niêm phong bằng gel của Công ty Ánh dương Đức đã thâm nhập thị trường Trung Quốc hơn mười năm và một số đại lý cho biết họ chưa nghe người dùng báo cáo rằng pin bị mất kiểm soát nhiệt.
Bảy, tuổi thọ
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin VRLA, bao gồm các yếu tố thiết kế và sản xuất pin cũng như điều kiện sử dụng và bảo trì của người dùng. Theo như trước đây, khả năng chống ăn mòn của lưới dương và tỷ lệ mất nước của pin là hai yếu tố quan trọng nhất. Do độ dày của lưới dương tăng lên và sử dụng hợp kim chống ăn mòn bậc bốn Pb-Ca-Sn-Al, tuổi thọ của ắc quy có thể lên tới 10 đến 15 năm dựa trên tính toán tốc độ ăn mòn của lưới. Tuy nhiên, đánh giá từ kết quả sử dụng pin, tỷ lệ thất thoát nước đã trở thành yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin kín.
Đối với ắc quy chì kín AGM, do thiết kế chất lỏng loãng, dung lượng của ắc quy cực kỳ nhạy cảm với lượng chất điện phân. Pin mất 10% nước thì dung lượng giảm 20%; nếu nó mất 25% nước, tuổi thọ của pin sẽ kết thúc. Tuy nhiên, ắc quy chì kín keo áp dụng thiết kế ngập nước và mật độ chất điện phân thấp hơn so với ắc quy chì kín AGM, giúp giảm tốc độ ăn mòn của hợp kim lưới; lượng chất điện phân cũng nhiều hơn 15% -20% so với loại thứ hai và rất nhạy cảm với việc mất nước. Thấp hơn. Những biện pháp này có lợi cho việc kéo dài tuổi thọ của pin. Theo thông tin do Công ty Ánh dương Đức cung cấp, lượng nước chứa trong chất điện phân dạng keo đủ để chạy pin từ 12 đến 14 năm. Trong năm đầu tiên hoạt động của pin, lượng nước thất thoát là 4% -5%, sau đó giảm dần theo từng năm. Sau 4 năm, tổng lượng nước thất thoát chỉ còn 2%. Pin kín OP2V có dung lượng 90% sau 10 năm hoạt động sạc nổi ở mức 2,27V/cell. Qua phản ánh của một số sở bưu chính viễn thông trong nước, ắc quy chì kín keo của Sunshine mặc dù có giá cao hơn nhưng thời gian sử dụng lâu hơn so với ắc quy chì kín AGM sản xuất trong nước.
8. Hiệu suất tái hợp oxy
Hiệu suất tái hợp đề cập đến tốc độ oxy được tạo ra bởi điện cực dương được hấp thụ và tái hợp bởi điện cực âm trong quá trình sạc. Các yếu tố như dòng điện sạc, nhiệt độ pin, đặc điểm điện cực âm và tốc độ oxy đến điện cực âm, tất cả đều ảnh hưởng đến hiệu quả tái hợp khí của pin kín.
Theo giới thiệu hướng dẫn sử dụng sản phẩm ắc quy chì kín keo do Công ty Sunshine của Đức cung cấp, hiệu suất tái hợp oxy của sản phẩm ắc quy chì kín keo khi bắt đầu sử dụng thấp, nhưng sau vài tháng hoạt động, hiệu quả tái hợp có thể đạt hơn 95%. Hiện tượng này cũng có thể được kiểm chứng từ tỷ lệ thất thoát nước của pin. Tỷ lệ thất thoát nước của ắc quy chì niêm phong gel trong năm đầu tiên vận hành tương đối lớn, đạt 4% đến 5%, sau đó sẽ giảm dần. Lý do chính cho các đặc điểm nêu trên dường như là trong giai đoạn đầu hình thành chất điện phân gel, không có hoặc có rất ít vết nứt bên trong, không cung cấp đủ kênh cho oxy kết tủa trong điện cực dương. Với sự co lại dần dần của chất keo, ngày càng nhiều kênh sẽ được hình thành, do đó hiệu quả tái hợp oxy chắc chắn sẽ tăng dần và lượng nước mất đi chắc chắn sẽ giảm.
Có những khoảng trống chưa bão hòa trong màng ngăn của pin lưu trữ chì niêm phong AGM, cung cấp một lượng lớn các kênh oxy, do đó hiệu suất tái hợp oxy của nó rất cao và pin mới có thể đạt hơn 98%.
Chín là, chọn ắc quy keo chì niêm phong chính hãng
Một số đặc điểm của pin axit-chì được làm kín bằng gel được đề cập ở trên chỉ là những đặc điểm của pin axit-chì được làm kín bằng gel thế hệ mới trong và ngoài nước. Chất điện phân gel được sử dụng trong pin này có hiệu suất khác với chất điện phân gel được sử dụng trong pin gel đời đầu, được làm bằng thủy tinh nước thông thường hoặc được làm bằng silica sol thông thường có bán trên thị trường. Ngoài ra, cấu trúc và lựa chọn vật liệu của ắc quy chì niêm phong thế hệ mới cũng khác với ắc quy chì thông thường.