Séparateur AGM et réaction de transfert entre plaques positives et négatives
Structure et fonction des cloisons
Les cloisons AGM utilisées par
VRLA ont les fonctions supplémentaires suivantes :
Absorber l'électrolyte (la troisième substance active de la batterie) afin qu'il ne coule pas. Fournit un trou de transfert de gaz relativement grand pour la diffusion de l'oxygène et facilite ainsi le fonctionnement du COC.
Une conductivité ionique élevée est garantie. Prévoir un canal de transport pour le courant ionique, afin qu'il puisse être transmis entre les deux types de plaques, afin que la réaction REDOX puisse être réalisée rapidement.
Limitez l'expansion volumique du PAM, maintenez la pression du groupe polaire et minimisez l'effet de pulsation du matériau actif positif pendant le cycle.
Des images en microscopie électronique à balayage (MEB) d'échantillons de séparateur AGM sont présentées. Comme le montre la figure, le séparateur AGM est composé de fibres de verre borosilicaté chimiquement classées, qui mesurent 1 à 2 mm de longueur et varient en épaisseur (0,1 à 10 μm de diamètre). Le rapport des différentes fibres détermine l'équilibre entre les différentes fonctions du séparateur et le prix du séparateur. Ces fibres sont hydrophiles et absorbent l'électrolyte. Les fibres les plus fines du séparateur (c'est-à-dire celles ayant un diamètre plus petit) ont une plus grande surface et forment des micropores avec un diamètre intérieur plus petit, mais sont plus coûteuses. Les cloisons AGM contiennent également 15 à 18 % de PP, PE et autres fibres polymères, qui améliorent la résistance mécanique de la cloison, favorisent la formation de canaux de gaz (car ces matériaux sont partiellement hydrophobes), mais réduisent également le prix de la cloison. Le processus de production du séparateur AGM est similaire à celui du processus de fabrication du papier, ce qui en fait une structure anisotrope. Sa caractéristique structurelle est que la taille des pores du plan xy de la cloison est de 2 à 4 μm, tandis que la taille des pores perpendiculaires au plan xy est de 10 à 30 μm[27]. La fonction des trous plans Xy est de répartir l'électrolyte dans le sens de l'épaisseur du séparateur et de maintenir son taux d'absorption du noyau lorsque le séparateur est partiellement rempli d'électrolyte. Les grands trous forment des canaux de gaz ouverts.
Transmission de gaz à travers le séparateur AGM
Une fois l'oxygène précipité de la plaque positive, il est transféré vers la plaque négative, puis la réaction de réduction se produit sur la plaque négative. L'ensemble du processus de transmission de l'oxygène passe par les étapes suivantes.
Premièrement, l’oxygène forme de minuscules bulles dans les micropores du PAM remplis d’électrolyte. Ces minuscules bulles fusionnent ensuite progressivement en bulles discrètes, qui remplacent progressivement l'électrolyte dans les micropores de la plaque vers le séparateur. Une petite partie de l'oxygène présent dans les bulles qui atteignent la surface de la plaque est dissoute dans l'électrolyte, tandis que la majeure partie de l'oxygène gazeux reste sous forme de bulles à l'interface plaque/séparateur. Le séparateur AGM est une structure non uniforme, de sorte que l'oxygène s'accumule dans les zones à faible densité de fibres sur la surface de l'AGM (structure lâche) ou dans certaines zones vacantes entre la plaque et le séparateur (électrode tubulaire/AGM).
L'application d'une pression sur le groupe polaire peut rapprocher le contact entre la surface de la fibre de verre et la surface de la plaque, favorisant ainsi la pénétration de l'oxygène dans le séparateur. Il existe deux mécanismes de réaction possibles :
1. Lorsque la pression du groupe polaire est faible, le volume de gaz accumulé à l'interface plaque/séparateur AGM augmente. Sous l’influence de la gravité, le flux d’air va monter verticalement. L'électrolyte est deux fois plus dense que le gaz, poussant le gaz vers le haut dans l'espace supérieur du groupe polaire. De cette façon, l’oxygène quittera le groupe polaire. Le débit vertical de gaz dépend du courant traversant la batterie, de la température de l'électrolyte et de l'état de la batterie (comme une batterie neuve ou une batterie utilisée depuis longtemps).
2. Lorsque la pression du groupe polaire est élevée, le déflecteur appuie fermement sur la plaque et les bulles pénètrent dans le déflecteur. Les bulles se déplacent horizontalement, essayant d'élargir le canal de gaz dans la cloison. La densité de la structure du matériau en fibre de verre est inégale et les bulles pénètrent dans les pièces à faible densité de fibres. Les bulles se déplacent non seulement de manière aléatoire, mais également parallèlement et dans une direction perpendiculaire à la surface du séparateur. Cependant, le flux d'air se déplace principalement à travers le séparateur AGM vers la plaque négative avec la moindre pression de gaz, et le gradient de pression pousse l'oxygène dans cette direction. Sous l’action de la pression, le gaz remplace l’électrolyte dans les micropores du diaphragme et forme ainsi un canal gazeux. Lorsqu'un canal de gaz continu se forme, le mouvement de l'oxygène entre la plaque positive et la plaque négative est accéléré.
Lors de la production de cloisons AGM pour batteries VRLA, l'épaisseur des cloisons est mesurée à une pression standard de 10kPa. Afin d'augmenter le contact entre la plaque et le séparateur, le groupe polaire (la matière active) est comprimé, réduisant l'épaisseur du séparateur d'environ 25 %. Le groupe de pôles de la batterie stationnaire haute est fixé avec un bandage en plastique avant d'être chargé dans le réservoir de la batterie pour maintenir la pression du groupe de pôles.
En résumé, le séparateur AGM est doté de plus de fonctions essentielles à la batterie AGM, pas moins que la plaque positive et la plaque négative. Le groupe polaire maintient une certaine pression, en plus d'assurer la transmission de l'oxygène, il est plus important d'assurer la conductivité du séparateur. Plus d’informations à ce sujet dans les tweets suivants.
