لوحات أنبوبية

لوحات أنبوبية

This post is also available in: English हिन्दी हिन्दी Español Français Português 日本語 Русский Indonesia ไทย 한국어 Tiếng Việt 简体中文 繁體中文 اردو

لوحات أنبوبي: بطارية أنبوبي طويل القامة مقابل بطارية لوحة مسطحة

1. أنواع من الرصاص لوحات البطارية الحمضية

مقدمة في البطاريات

هناك عدة أنواع من مصادر الطاقة الكهروكيميائية (تعرف أيضا باسم الخلايا الجالفانية، الخلايا الفولطاتيكية أو البطاريات). يتم تعريف البطارية على أنها جهاز الكهروكيميائي الذي يحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية والعكس بالعكس. موضوع البطارية يأتي تحت الكيمياء الكهربائية، والتي يتم تعريفها ببساطة على أنها الموضوع الذي يتناول interconversion الطاقة الكيميائية والطاقة الكهربائية. في هذه المقالة سوف نناقش أكثر بالتفصيل حول لوحات أنبوبي.

تنتج هذه الخلايا الطاقة الكهربائية عن طريق تفاعلات أكسدة تلقائية للحد (تفاعلات الأكسدة الحمراء) التي تنطوي على المواد الكيميائية في الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية والكهارل، التي تحدث في كل قطب كهربائي، ودعا خلية نصف. الطاقة الكيميائية في المواد النشطة المحولة إلى طاقة كهربائية. الإلكترونات المنتجة في تفاعل الحد يمر عبر الدائرة الخارجية التي تربط بين نصف الخلايا اثنين، وبالتالي إنتاج تيار كهربائي. يحدث تفاعل الأكسدة عن طريق إطلاق الإلكترونات من مادة الأنود (المعادن في الغالب) ويحدث تفاعل التخفيض عندما تصل الإلكترونات إلى الكاثود (معظمها أكاسيد، كلوريدات، أكسجين إلخ) من خلال الدائرة الخارجية. يتم الانتهاء من الدائرة عن طريق المنحل بالكهرباء.

نظام بطارية الرصاص الحمضية:

عندما يتم إغلاق الدائرة الخارجية، تبدأ الإلكترونات في السفر من القطب السالب نتيجة للتفاعل الذي يحول (أكسدة كهربائيا) الرصاص (Pb) إلى أيونات الرصاص المبرومة (Pb2+). (تتفاعل الأيونات الأخيرة مع جزيئات الكبريتات لتشكيل كبريتات الرصاص (PbSO4) داخل الخلية). هذه الإلكترونات السفر من خلال الدائرة الخارجية والوصول إلى لوحة إيجابية حيث أنها تحويل ثاني أكسيد الرصاص إلى كبريتات الرصاص أي، يتم تخفيض ثاني أكسيد الرصاص الكهروكيميائية إلى كبريتات الرصاص نتيجة للأيونات Pb4 + يجري تحويلها إلى أيونات Pb2 + في PbSO4.

تتم كتابة رد فعل الخلية الكلي كما يلي:

PbO2 + Pb + 2pbSO4 تهمة ↔ التفريغ 2PbSO4 + 2H2O

يمكننا أن نرى أن قوة الرصاص (Pb°) يزيد على Pb2 +

،

عن طريق إطلاق 2 الإلكترونات أثناء التفريغ. ويقال إن هذه الزيادة في القيمة أكسدة في المصطلحات الكهروكيميائية.

في الاتجاه الآخر، فإن قوة الرصاص في ثاني أكسيد الرصاص (Pb لديه 4 valencies في ثاني أكسيد الرصاص) يحصل على تخفيض إلى 2+

عن طريق امتصاص الإلكترونات اثنين قادمة من رد فعل الأكسدة. ويُـرى هذا الانخفاض في الفُلة في التناقص من حيث التكهُن الكهروكيميائي.

ويمكن أيضا وصف هذه المصطلحات من خلال التغيرات في إمكانات القطب الفردية للخلية أثناء التفريغ. يزيد احتمال (الجهد) من القطب الرصاص (الأنود أثناء التفريغ) عن طريق الانتقال إلى قيم أكثر إيجابية أثناء التفريغ. ويقال إن هذه الزيادة في القيمة المحتملة هي الأكسدة. وهكذا فإن احتمالية صفيحة الرصاص في الخلايا الحمضية من الرصاص تتغير من حوالي -0.35 إلى حوالي -0.20 فولت. وهذه زيادة في الإمكانات. لذلك يطلق على هذا ردّ فعل أنوديّة في طبيعة.

على العكس من ذلك، فإن إمكانات القطب الثاني لثاني أكسيد الرصاص (الكاثود أثناء التفريغ) تقل عن طريق التحرك نحو الجانب السلبي، أي أن القيمة تصبح أقل وأقل مع استمرار التصريف. تتغير إمكانية وجود ثاني أكسيد الرصاص في الخلايا الحمضية من حوالي 1.69 إلى حوالي 1.5 فولت. وهذا انخفاض في الإمكانات. ولذلك يطلق على رد الفعل هذا cathodic في الطبيعة ونقول إن الحد يحدث على لوحة إيجابية أثناء التفريغ.

هذه التخفيضات في الفولتية العاملة أثناء التفريغ تنشأ بسبب ما يسمى الاستقطاب، الناجمة عن مزيج من الضغط المفرط، η، والمقاومة الداخلية، والذي يحدث على كل من الأقطاب الكهربائية. وقال ببساطة، overvoltage هو الفرق في الفولتية والتشغيلية.

وهكذا ، أثناء التفريغ ، Edisch = EOCV — ηPOS — ηNEG — IR.

ولكن، بالنسبة لتفاعل الشحن ECh = EOCV + ηPOS + ηNEG + IR.

الأشعة تحت الحمراء يشير إلى المقاومة الداخلية التي تقدمها المواد داخل الخلية مثل المنحل بالكهرباء، والمواد النشطة الخ. يعتمد IR على تصميم الخلية ، وهي الفاصل المستخدم ، والملعب بين اللوحات ، والمعلمات الداخلية للمواد النشطة (حجم الجسيمات ، مساحة السطح ، المسامية ، إلخ) ، ودرجة الحرارة وكمية PbSO4 في المادة النشطة. ويمكن تقديمها كمجموع من عدة المقاومات التي تقدمها الرصاص الأعلى، والكتلة النشطة وطبقة التآكل، المنحل بالكهرباء، والفاصل والاستقطاب من المواد النشطة.

تتأثر العوامل الثلاثة الأولى بتصميم الخلية. لا يمكن تقديم بيان عام حول قيم الاستقطاب، ولكنه عادة ما يكون بنفس حجم المقاومة الأولية التي يقدمها الرصاص الأعلى. لوحات أطول لديها المزيد من الأشعة تحت الحمراء. ويمكن تحديده من ميل الجزء الأولي من منحنى التصريف. لنفس التصميم، ستكون لخلية ذات سعة أعلى مقاومة داخلية أقل. المقاومة الداخلية ل12V/28Ah VRLAB هو 6 mΩ، في حين أن من بطارية ذات قدرة أقل (12V / 7Ah) هو 20 إلى 23 مΩ.

في قيم منخفضة جدا، والعلاقة بين η والحالية، وأنا، يأخذ شكل قانون أوم والمعادلات المشار إليها أعلاه الحصول على تبسيط كما

إديش = EOCV – IR.
ECh = EOCV + IR.

تتناول المناقشة أعلاه رد فعل التفريغ من خلية حمض الرصاص.
تحدث الظواهر المعاكسة أثناء رد فعل الشحنة من الخلية الحمضية الرصاص.

في حالة البطاريات الأولية ، عادة ما يسمى القطب الموجب الكاثود بينما يسمى القطب السالب الأنود ، وهذا لا لبس فيه لأن التفريغ يحدث فقط.

لذلك يتصرّف القطب الرصاص أيّ تصرّفت كـ anode كـكثود أثناء شحن ردّ فعل وال يقود ثاني أكسيد قطب أيّ عمل ككاثود الآن كـ anode. لتجنب الغموض، نستخدم ببساطة أقطاب كهربائية أو لوحات موجبة وسلبية في الخلايا الثانوية.
لتوضيح كيفية عمل هذا في الممارسة العملية، يظهر الشكل التالي بعض المنحنيات الافتراضية لتصريف وشحن بطارية الرصاص الحمضية.

ومن الواضح أن الجهد التفريغ العملي يكمن تحت الجهد الدائرة المفتوحة من 2.05V، والجهد تهمة العملية تقع فوق هذه القيمة. الانحراف من η مقياس من التأثير مجتمعة من المقاومة داخليّة من الخلية والاستقطاب خسائر. كلما تم رفع التفريغ أو الشحن الحالي ، تصبح قيمة η أكبر ، وفقًا للمعادلات المذكورة أعلاه.

لوحة أنبوبي التغييرات في الجهد
الشكل 1. التغيرات في الجهد من خلية الرصاص الحمضية وردود فعل Redox من لوحات إيجابية وسلبية
لوحة أنبوبية
الشكل 2. التغيرات في الجهد من لوحات والخلية أثناء تهمة تفريغ المثال المتخذة هو الرصاص خلية حمض

لتلخيص ردود الفعل:
الرصاص، والمواد النشطة السلبية:
أثناء التفريغ: Pb → Pb2+ + 2e-
أثناء الشحن: Pb2+ → Pb (أي، PbSO4 → Pb)

ثاني أكسيد الرصاص، والمواد النشطة إيجابية:
أثناء التفريغ: Pb4+ → Pb2+ (PbO2 → PbSO4)
أثناء الشحن: Pb2+ → PbO2 (أي، PbSO4 → PbO2)

وبما أن كلا من مواد القطب يتم تحويلها إلى كبريتات الرصاص، أعطيت رد الفعل هذا اسم “نظرية الكبريتات المزدوجة” من قبل غلادستون وقبيلة في عام 1882.

تصنيف البطاريات

اعتمادا على طبيعة التفاعلات الكهروكيميائية التي تحدث في هذه الخلايا، يمكن تصنيفها إلى

  • بطاريات أولية
  • ثانوي (أو بطارية تخزين أو تراكم)
  • خلايا الوقود

في البداية، من الأفضل فهم الاختلافات بين هذه الأنواع. في البطارية الأولية ، يكون التفاعل الكهروكيميائي لا رجعة فيه ، في حين أن الخلايا الثانوية معروفة بقابليتها للعكس. وخلية الوقود هي أيضا خلية أولية، ولكن الفرق بين خلية الوقود وخلية أساسية هو أن المواد المتفاعلة تبقى خارج حاوية الخلية، في حين أن المواد المتفاعلة في الخلية الأولية موجودة داخل الخلية.

  • في الخلايا الأولية (على سبيل المثال، خلايا الفضة أكسيد الزنك المستخدمة في ساعات اليد، MnO2- خلايا ZN المستخدمة في المشاعل فلاش وأجهزة التحكم عن بعد لوحدات التيار المتردد، وأجهزة التلفاز، الخ) تقع في هذه الفئة، في هذه الخلايا، يمكن أن تستمر ردود الفعل فقط في اتجاه واحد، ونحن لا يمكن عكس رد الفعل عن طريق تمرير الكهرباء في الاتجاه المعاكس.
  • بل على العكس من ذلك، فإن المكالمات الثانوية معروفة بقابليتها لعكس ردود الفعل المنتجة للطاقة. بعد التفريغ ، إذا مررنا تيار مباشر في الاتجاه المعاكس ، يتم تجديد المواد المتفاعلة الأصلية من منتجات التفاعل. أمثلة لهذا النوع من البطارية هي الرصاص الحمضية البطارية، ليثيوم أيون البطارية، ني CD البطارية (في الواقع بطارية NIOOH-CD)، ني في البطارية، ني-MH البطارية، على سبيل المثال البطاريات الثانوية الأكثر شيوعا.
  • لوضع مفهوم عكس، يتم تحويل ثاني أكسيد الرصاص (PbO2) في القطب الموجب (يسمى عادة “لوحات”) والرصاص (Pb) في لوحة سلبية من خلية الرصاص الحمضية، على حد سواء إلى كبريتات الرصاص (PbSO4) عندما تتفاعل المواد مع المنحل بالكهرباء، وتخفيف حمض الكبريتيك، أثناء تفاعل إنتاج الطاقة. ويمثل ذلك خبراء الكيمياء الكهربائية على النحو التالي:
  • PbO2 + Pb + 2pbSO4 تهمة ↔ التفريغ 2PbSO4 + 2H2O
  • خلية الوقود هي أيضا خلية أولية، ولكن يتم تغذية المواد المتفاعلة بها من الخارج. القطب الكهربائي من خلية الوقود هي خاملة في أنها لا تستهلك أثناء تفاعل الخلية، ولكن ببساطة تساعد في إجراء إلكتروني ولها آثار كتركاتوليتيك. الخصائص الأخيرة تمكين الحد من الكهربائية أو الأكسدة الكهربائية من المواد المتفاعلة (المواد النشطة).
  • المواد النشطة الأنود المستخدمة في خلايا الوقود هي عادة الغازية أو السوائل الوقود مثل الهيدروجين والميثانول والهيدروكربونات والغاز الطبيعي (المواد التي هي غنية في الهيدروجين وتسمى الوقود) التي يتم تغذيتها في الجانب الأنود من خلية الوقود. وبما أن هذه المواد مثل أنواع الوقود التقليدية المستخدمة في المحركات الحرارية، فقد أثبت مصطلح ”خلايا الوقود” نفسه لوصف هذا النوع من الخلايا. الأكسجين، في الغالب الهواء، هو المؤكد السائد ويتم تغذيته في الكاثود.

خلايا الوقود

  • من الناحية النظرية، يمكن أن تنتج خلية وقود H2/O2 واحدة 1.23 فولت في الظروف المحيطة.

    رد الفعل هو: H2 + 1/2 O2 → H2O أو 2H2 + O2 → 2H2O E° = 1.23 V

    عمليا، ومع ذلك، تنتج خلايا الوقود النواتج الجهد مفيدة التي هي بعيدة كل البعد عن الجهد النظري من 1.23 V ونتيجة لذلك، تعمل خلايا الوقود عموما بين 0.5 و 0.9 V. ويشار إلى الخسائر أو التخفيضات في الجهد من القيمة النظرية باسم ”الاستقطاب”، وهو مصطلح وظاهرة تنطبق على جميع البطاريات بدرجات مختلفة.

بطارية حمض الرصاص

في إنتاج الرصاص الحمضية البطارية، يتم استخدام مجموعة متنوعة من الأقطاب الإيجابية (أو ما يسمى عادة، “لوحات”):
وهذه الـمـُـواهـي

(أ) لوحة مسطحة أو لوحة شبكة أو لوحة مُلصقة أو لوحة شعرية أو لوحة Fauré (سمك 1.3 إلى 4.0 ملم)
ب. لوحات أنبوبية (القطر الداخلي ~ 4.9 إلى 7.5 ملم)
ج. لوحات بلانتيه (6 إلى 10 ملم)
د. لوحات مخروطية
ه. لوحات هلامية لفة (0.6 إلى 0.9 ملم)
و. لوحات ثنائي القطب

  • من هذه أول ذكر شقة لوحة نوع هو الأكثر استخداماً؛ على الرغم من أنه يمكن أن توفر التيارات الثقيلة لمدة قصيرة (على سبيل المثال، بدء سيارة أو مجموعة DG)، لديها حياة أقصر. هنا ، يتم تعبئة نوع شعرية من جامع التيار المستطيل مع عجينة مصنوعة من خليط من أكسيد الرصاص والماء وحمض الكبريتيك ، المجففة بعناية وشكلت. يتم إجراء كل من لوحات إيجابية وسلبية في نفس الطريقة، باستثناء الفرق في المواد المضافة. يجري رقيقة، يمكن البطاريات المصنوعة من مثل هذه اللوحات توريد التيارات العالية جدا اللازمة لبدء سيارة. العمر المتوقع هو 4 إلى 5 سنوات في مثل هذا التطبيق. قبل ظهور ترتيب مُنتور مُدَرِّد، كانت الحياة أقصر.
  • لوحات أنبوبي: النوع التالي على نطاق واسع من لوحة هو لوحة أنبوبي الذي له حياة أطول، ولكن لا يمكن توريد انفجار الحالية كما هو الحال في نوع لوحة مسطحة من البطاريات. نناقش لوحات أنبوبي بالتفصيل أدناه.
  • لحياة طويلة مع شرط الموثوقية الأكثر صرامة في أماكن مثل محطات الطاقة ومبادلات الهاتف، ونوع من الرصاص الحمضية الخلية المفضل هو نوع بلانتيه. المادة الأولية لصفيحة أنبوبي حوالي 6-10 مم صب سميكة من أوراق الرصاص عالية النقاء مع العديد من التصفيح العمودي رقيقة. يتم تعزيز المساحة الأساسية لصفيحة أنبوبي إلى حد كبير من خلال بناء اللاميلار ، مما يؤدي إلى مساحة سطح فعالة تبلغ 12 ضعف مساحتها الهندسية.
  • لوحة مخروطية هي شبكات الرصاص النقية على شكل شعرية دائرية الشكل (مُحخّبة بزاوية 10 درجات)، ولوحات مكدسة أفقياً واحدة فوق الأخرى ومصنوعة من الرصاص النقي. وقد تم تطوير هذا من قبل مختبرات الهاتف بيل، الولايات المتحدة الأمريكية.
  • لوحات هلام لفة هي لوحات شبكة رقيقة مستمرة مصنوعة من سبيكة القصدير منخفضة الرصاص من 0.6 إلى 0.9 مم سمك مما يسهل معدلات عالية. يتم لصق اللوحات مع أكاسيد الرصاص، مفصولة حصيرة زجاجية امتصاص، و الجرح حلزوني لتشكيل عنصر الخلية الأساسية.
  • لوحات ثنائي القطب: هذه اللوحات لديها ورقة إجراء المركزية مصنوعة إما من المعدن أو إجراء البوليمر وجود مواد نشطة إيجابية على جانب واحد والمواد السلبية على الجانب الآخر. مكدسة مثل هذه اللوحات في مثل هذه الطريقة التي المعاكس القطبية المواد النشطة مواجهة بعضها البعض مع فاصل بينهما., للحصول على الجهد المطلوب.
  • هنا يتم القضاء على اتصال بين الخلايا منفصلة، وبالتالي الحد من المقاومة الداخلية. ويمكن ملاحظة أن لوحات المدقع في بطارية ثنائي القطب هي دائما من نوع أحادية القطب، إما إيجابية أو سلبية

2. الاختلافات في أداء أنواع مختلفة من لوحات

والمقصود بطاريات لوحة مسطحة لتيار عالية، والتفريغ قصيرة المدة كما هو الحال في السيارات وDG تعيين بدء البطاريات. وعادة ما يكون عمرها من 4 إلى 5 سنوات ونهاية الحياة يرجع أساسا إلى تآكل الشبكات الإيجابية، مما أدى إلى فقدان الاتصال بين الشبكة والمواد النشطة وسفك اللاحقة.

لوحات أنبوبي قوية، وبالتالي يكون عمر حوالي 10 إلى 15 سنة في عملية تعويم. وهي أيضا مناسبة للواجبة الدوري وتقديم أعلى دورة الحياة. يتم احتواء المادة النشطة في المساحة الحلقية بين العمود الفقري وحامل الأكسيد. هذا يقيد الضغط بسبب تغييرات وحدة التخزين التي تحدث عند تدوير الخلايا.

مرة أخرى بسبب نهاية الحياة إلى تآكل العمود الفقري وفقدان الاتصال بين العمود الفقري والمواد النشطة. ومع ذلك ، يتم تقليل منطقة التماس بين العمود الفقري والكتلة النشطة في مثل هذا البناء ، وبالتالي تحت المصارف الحالية الثقيلة ، وارتفاع كثافة التيار يؤدي إلى التدفئة المحلية مما يؤدي إلى تمزق الأنابيب والصدع في طبقة التآكل.

خلايا لوحة بلانتيه لديها أطول عمر، ولكن القدرة ضعيفة بالمقارنة مع الأنواع الأخرى. ولكن هذه الخلايا توفر أعلى موثوقية وأطول حياة تعويم. كما أن تكلفتها أعلى، ولكن إذا تم تقديرها على مدى العمر فهي في الواقع أقل بالمقارنة مع الخلايا الثابتة الأخرى. والسبب في حياة أطول هو أن سطح اللوحة الإيجابية يتم تجديده باستمرار مع عدم وجود خسارة في القدرة على مدار حياتها.
تم تصميم خلايا الصفائح المخروطية خصيصا من قبل لوسنت تكنولوجيز (مختبرات بيل AT&T سابقا) لحياة طويلة جدا من أكثر من 30 عاما. أحدث 23 عاما من التآكل بيانات مشاريع حياة 68-69 عاما لمثل هذه البطاريات.

تصميم لفة هلام يفسح المجال لإنتاج كميات كبيرة بسبب الخصائص الميكانيكية والكهربائية الممتازة. يمكن أن يحافظ بناء Jelly-roll (أقطاب ذات جرح حلزوني) في حاوية أسطوانية على ضغوط داخلية أعلى دون تشوه ويمكن تصميمها ليكون لها ضغط إطلاق أعلى
من الخلايا المنشورية. ويرجع ذلك إلى حاوية معدنية خارجية تستخدم لمنع تشوه الحالات البلاستيكية في درجات حرارة أعلى وضغوط الخلايا الداخلية. قد يكون نطاق ضغوط التنفيس مرتفعًا من 170 كيلو باسكال إلى 275 كيلو باسكال (25 إلى 40 رطلًا من 1.7 إلى 2.75 بار) لخلية معدنية مغمومة ذات جرح حلزوني إلى 7 كيلو باسكال إلى 14 كيلو باسكال (1 إلى 2 رطل قصير النطاق » 0.07 إلى 0.14 بار) لبطارية كبيرة من الطراز الثوري.

ثنائي القطب بطاريات لوحة
في تصميم لوحة ثنائي القطب ، هناك مادة مركزية تجري إلكترونيا (إما صفائح معدنية أو ورقة البوليمر إجراء) على جانب واحد من المواد الإيجابية النشطة والآخر ، مادة نشطة سلبية. هنا يتم القضاء على اتصال بين الخلايا منفصلة، وبالتالي الحد من المقاومة الداخلية. وتجدر الإشارة إلى أن اللوحات المتطرفة في الخلايا الطرفية الثنائية القطب هي دائما من النوع أحادي القطب، إما إيجابية أو سلبية.

هذه البطاريات لديها

  1. طاقة أعلى محددة وكثافة طاقة أعلى (أي، 40% أقل حجم أو 60% حجم بطارية حمض الرصاص العادية، 30% وزن أقل أو 70% كتلة من البطاريات الحمضية الرصاصية العادية.
  2. ضعف دورة الحياة
  3. وهناك حاجة إلى نصف الرصاص كما يتم تخفيض المواد الأخرى أيضا.

3. تطبيقات بطاريات لوحة أنبوبي

وتستخدم بطاريات لوحة أنبوبي أساسا حيث هناك شرط من حياة طويلة مع قدرة أعلى. وهي تستخدم أساسا في التطبيقات الاحتياطية في المبادلات الهاتفية والمصانع الكبيرة لشاحنات مناولة المواد، والجرارات، ومركبات التعدين، وإلى حد ما، عربات الغولف.

في الوقت الحاضر ، يتم العثور على هذه البطاريات في كل مكان في كل منزل لتطبيقات العاكس UPS.

يتم استخدام لوحات من نوع طويل القامة إضافية (بطول 1 متر وأكثر) في بطاريات الغواصات لتوفير الطاقة عندما تكون الغواصة مغمورة بالمياه. إنه يوفر قوة صامتة. وتتراوح السعات بين 5000 و22000 هـ. تحتوي الخلايا الغواصة على مضخات هوائية يتم إدخالها فيها لإبطال التقسيم الطبقي الحمضي للالكتروليت لخلايا طولية من 1 إلى 1.4 متر.

جيليد المنحل بالكهرباء لوحة أنبوبي صمام الخاضعة للتنظيم الرصاص الحمضية تستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة غير المتجددة مثل التطبيقات الشمسية.

بطارية EV رقيقة لوحة أنبوبي للشاحنات والحافلات العثور على التطبيقات في مجال EV وقادرة على تقديم 800 إلى 1500 دورات اعتمادا على سمك العمود الفقري والطاقة المحددة.

يوضح الجدول التالي العلاقة بين سمك العمود الفقري ، وملعب اللوحة ، وكثافة المنحل بالكهرباء ، والطاقة المحددة وعدد دورات الحياة.

Tube Diameter mm --> 7.5 6.1 4.9
Electrolyte Density (Kg/Litre) 1.280 1.300 1.320
Number of spines 19 24 30
Tubular plate pitch 15.9 13.5 11.4
Spine thickness 3.2 2.3 1.85
Specific energy (Wh per kg) at 5 hour rate 28 36 40
Cycle life 1500 1000 800

المرجع: ك. د. ميرز، ج. مصادر الطاقة، 73 (1998) 146-151.

4. تصنيع أكياس أنبوبي، لوحات أنبوبي وبطاريات لوحة أنبوبي:

أكياس أنبوبية

تم بناء لوحة أنبوبي في وقت مبكر مع حلقات الفردية من قبل فيليبارت ومع أكياس أنبوبي من قبل وودوارد تم الإبلاغ عنها في 1890-1900 واستخدام أنابيب مطاطية مشقوق (Exide Ironclad) تم تطويره من قبل سميث في عام 1910.

وكان يمارس تجميع الأنابيب الفردية على العمود الفقري في وقت سابق ، وكان هذا عملية أبطأ من إدراج شبكة كاملة في تصميم متعدد الأنابيب. وعلاوة على ذلك ، فإن الترابط المادي بين الأنابيب الفردية من أنابيب متعددة يعطي صلابة أكبر خلال عملية وحدة التعبئة. يتم القضاء على الانحناء من العمود الفقري بسبب الحركة الجانبي. هذه هي الأسباب لماذا الشركات المصنعة للبطارية تفضل استخدام أكياس PT متعددة أنبوب القفاز.

إعداد أنبوب. في الوقت الحاضر يتم إنتاج أنابيب متعددة أو أكياس PT (القفاز) من الزجاج المقاوم كيميائيا أو الألياف العضوية (البوليستر، البولي بروبلين، acrylonitrile copolymers، الخ) عن طريق النسيج، تجديل أو أساليب التلقين.

في الأيام الأولى من أنابيب متعددة، تم استخدام القماش المنسوجة أفقيا في خيوط من copolymer من كلوريد الفينيل وخلات الفينيل. تم تمرير طبقتين من القماش على جانبي صف من السابقين أسطواني (المندر) وكان التماس بين السابقين المجاورة ملحومة الحرارة.

ولكن خلات الفينيل تدهورت لإطلاق حمض الخليك الذي، بدوره، أدى إلى تآكل العمود الفقري وفشل البطارية سابق لأوانه. وعلاوة على ذلك، كان لا بد من التحكم في الختم الحراري وتحديد أبعاده. إذا تم تجاوز ضغط الختم حدًا ، كانت طبقات الطبقات ضعيفة وسرعان ما انفصلت الطبقات في الخدمة. على العكس من ذلك، إذا كان الضغط الختم ثقيلة جدا، كانت مختومة جيدة ولكن التماس الفعلي كان رقيقة وسرعان ما جاء بعيدا في الخدمة.

في حين أن هذا لم يسبب مشكلة خطيرة في الخدمة ، كان هناك ميل لل التماس لفصل خلال العمليات الأولية للمناولة وملء ووسط لوحة أنبوبي تميل إلى القوس ، مما خلق مشاكل في عمليات الوحدة التالية ، على سبيل المثال ، في بعض الأحيان كانت هناك صعوبة في إدخال لوحة في حاوية الخلية بسبب لوحات كبيرة الحجم.

وقد حاولت أساليب مختلفة لتحل محل الختم الحراري، مثل تقنية النسيج المركبة التي كانت تنسج فيها الأنابيب في عملية واحدة مع خيوط تتقاطع بين الأنابيب لتشكيل التماس متكامل. تستخدم أنابيب المودم المتعددة الختم الحراري أو الخياطة مع خيوط البوليستر المنسوجة في الملابس أو أقمشة البوليستر غير المنسوجة.

جاذبية الملابس غير المنسوجة يكمن في حقيقة أن تكلفة التصنيع هو أقل بسبب انخفاض تكلفة المواد الأساسية من خلال القضاء على عملية النسيج. ومع ذلك، لتحقيق نفس الترتيب من قوة الاندفاع، أنبوب غير المنسوجة يجب أن تكون أكثر سمكا من نظيره المنسوجة. هذا يقلل من كل من حجم العمل من المنحل بالكهرباء (نظرا لحجم أكبر من المواد أنبوب غير المنسوجة). كما يتم تقليل حجم المواد النشطة داخل الأنبوب ، مما يقلل بدوره بشكل هامشي من سعة الخلية.

يمكن صنع لوحات أنبوبية ممتازة إما باستخدام أنابيب فردية أو أنابيب متعددة مقدمة
الغزل المستخدمة في صنع الأنابيب هو واحد الذي لا يُسخ بسهولة في الخدمة. كلا من الزجاج وضعت خصيصا والبوليستر خيوط تلبية هذا الشرط.

بطاريات لوحة أنبوبي إما ثابتة في التطبيق أو في المتداول الأسهم، وعادة ما تعويم مشحونة في الجهد من 2.2 إلى 2.30 فولت لكل خلية، اعتمادا على الجاذبية المحددة من المنحل بالكهرباء. ومن الأمثلة على ذلك بطاريات العاكس/UPS الشائعة، وبطاريات الهاتف، وإضاءة القطارات وخلايا تكييف الهواء (خلايا TL و AC).

لوحة أنبوبية

في لوحة أنبوبي، يتم توصيل سلسلة من العمود الفقري من سمك مناسب المدلى بها من سبيكة الرصاص إلى شريط الحافلة العلوي، إما يدويا أو باستخدام آلة الضغط يموت الصب. يتم إدخال العمود الفقري في أكياس أنبوبي ويتم تعبئة المسافة بين العمود الفقري وحقيبة PT (تسمى أيضا حامل أكسيد) إما أكسيد الجافة أو عجينة ثيكسوتروبيك الرطب. يتم الاحتفاظ العمود الفقري في مركز الموقف من قبل النجوم مثل نتوء المقدمة في العمود الفقري. تصنع أكياس PT دائما من ألياف البوليستر المنسوجة أو شعر. لوحات أنبوبي لذلك أعدت هي في وقت لاحق مخلل، الشفاء / المجففة وإما خزان شكلت أو جرة شكلت مع كثافة المنحل بالكهرباء مناسبة.

يمكن أن يكون أكسيد التعبئة أي تكوين: فقط أكسيد الرمادي، أكسيد الرمادي والرصاص الأحمر (وتسمى أيضا “minium”) بنسب متفاوتة.

والفائدة من وجود الرصاص الأحمر في المزيج الإيجابي هو أن يتم تقليل وقت تشكيل نسبيا إلى نسبة الرصاص الأحمر الذي يحتوي عليه. وذلك لأن الرصاص الأحمر يحتوي بالفعل على حوالي ثلث ثاني أكسيد الرصاص، والباقي هو أول أكسيد الرصاص. وهذا هو ، الرصاص الأحمر Pb3O4 = 2PbO + PbO2.

بالتناوب، يمكن تجميع لوحات أنبوبي شغل مباشرة، بعد إزالة جزيئات أكسيد فضفاضة التمسك الأنابيب خارج، في الخلايا والبطاريات وجرة شكلت.

يتم إجراء لوحة السلبية كالمعتاد باتباع الممارسة تصنيع لوحة مسطحة. المتوسعات هي نفسها، ولكن، فإن كمية “بلان فيك” أكثر مقارنة مع معجون السيارات. يتم علاج الألواح الأنبوبية في أفران المعالجة لمدة 2 إلى 3 أيام ، بعد أن تمر عبر نفق تجفيف يسخن بالكهرباء أو الغاز لإزالة الرطوبة السطحية ، بحيث لا تلتصق اللوحات مع بعضها البعض أثناء عمليات المناولة اللاحقة.

الفرق في الثقل الأولي للحمض للحمض المخلل وغير المضوب ينشأ من حقيقة أن الأول يحتوي على المزيد من الحمض ، وبالتالي يتم اختيار جاذبية محددة أقل لبطاريات الصفائح الأنبوبية المخللة ، وعادة ما يكون ذلك أقل بنحو 20 نقطة. الثقل خاصّة ينهي من ال [إلتل] 1.240 ± 0.010 في 27 °C.
ارتفاع خطورة محددة من المنحل بالكهرباء، وأكثر سيكون من القدرة fro0m الحصول على هذه البطاريات، ولكن سوف تتأثر الحياة سلبا.
أو، يمكن أن تكون لوحات أنبوبي شكلتها دبابة، dried وتجميعها واتهم كالمعتاد.

5. أنواع مختلفة من لوحة أنبوبي

عملية تصنيع لوحة أنبوبي
الشكل 3. مخطط انسيابي يصور عمليات الوحدة
لوحة أنبوبية أشكال مختلفة
الشكل 4. قد تكون أيضا أنابيب البيضاوي أو شقة أو مربع أو أنواع مستطيلة

معظم الشركات المصنعة للبطارية تستخدم أنابيب أسطوانية لصنع لوحات أنبوبي والبطاريات. حتى في هذا قطر الأنابيب، وبالتالي، قد تختلف من العمود الفقري من حوالي 8 ملم إلى 4.5 ملم.

ومع ذلك، قد تكون الأنابيب أيضا بيضاوية أو مسطحة أو مربعة أو مستطيلة الأنواع. البنية الأساسية هي نفسها لوحات أنبوبي أسطواني رائد (كما هو موضح أعلاه).

7. مزايا استخدام لوحات أنبوبي

ويلاحظ كثيرا لوحات أنبوبي لحياتهم الطويلة بسبب عدم وجود ذرف المواد النشطة. يتم عقد المواد النشطة من قبل كيس أنبوبي، وبالتالي يمكن استخدام انخفاض كثافة التعبئة لتعظيم معامل الاستخدام. ويمكن أن تساعد زيادة المسامية الناتجة عن ذلك أيضا في استخدام مواد أكثر نشاطا في عملية إنتاج الطاقة. كلما كان العمود الفقري أكثر سمكاً، كلما كانت دورات الحياة التي يمكن الحصول عليها من هذه الصفائح الأنبوبية.

عدد دورات الحياة في أي مكان بين 1000 إلى 2000 دورات اعتمادا على سمك لوحات. كلما كانت اللوحة الأنبوبية أكثر سمكًا ، كلما كان عدد الدورات التي يعطونها. ويقال أن لوحات أنبوبي يمكن أن تقدم ضعف عدد دورات الحياة بالمقارنة مع لوحة مسطحة من نفس سمك.

8. كيف يتم تحسين عمر البطارية باستخدام لوحات أنبوبي؟

كما نوقش أعلاه، فإن عمر بطارية لوحة أنبوبي أعلى من بطاريات اللوحة المسطحة. 10- تصف الجمل التالية أسباب طول العمر المتوقع لبطاريات الصفائح الأنبوبية. والأهم من ذلك ، يتم عقد المواد النشطة بشكل صارم من قبل أنابيب حامل أكسيد ، وبالتالي منع التخلص من المواد ، وهو السبب الرئيسي لفشل البطاريات. أيضا ، في غضون الوقت ، والعمود الفقري الحصول على غطاء واقية من ثاني أكسيد الرصاص مما يساعد في الحد من معدل التآكل من العمود الفقري. التآكل هو ببساطة، تحويل العمود الفقري سبيكة الرصاص إلى ثاني أكسيد الرصاص.

ثيريديناميكلي سبائك الرصاص وسبائك الرصاص غير مستقرة تحت احتمالية أنوديك عالية من أكثر من 1.7 إلى 2.0 فولت وتحت الغلاف الجوي تآكل حامض الكبريتيك يميل إلى أن تكون متآكلة وتحويلها إلى PbO2.

كلما كانت الخلية على تهمة في الفولتية بعيدة كل البعد عن الجهد الدائرة المفتوحة (OCV) على الجانب الأعلى، يتم تطوير الأكسجين نتيجة للانفصام الكهربائي من الماء والأكسجين تطورت على سطح لوحات أنبوبي إيجابية، ولها أن تنتشر إلى العمود الفقري لتآكل ذلك. منذ هناك طبقة سميكة من المواد النشطة الإيجابية (بام) المحيطة العمود الفقري، الأكسجين يجب أن يسافر من السطح عن طريق مسافة طويلة، وبالتالي فإن معدل التآكل يميل إلى أن يكون مخفضا. وهذا يساعد في إطالة عمر الخلايا لوحة أنبوبي.

9. ما هي تطبيقات البطارية التي يجب أن تستخدم لوحات البطارية الأنبوبية بشكل مثالي؟

تستخدم الألواح الأنبوبية بشكل رئيسي لبطاريات ذات قدرة عالية طويلة العمر مثل مركبات النقل الصناعية الداخلية (الرافعات الشوكية والسيارات الكهربائية وما إلى ذلك). كما يستخدم في تطبيقات تخزين الطاقة مثل نظام تخزين طاقة البطارية (BESS)، حيث قد تصل سعة الخلايا إلى 11000 هـ و200 إلى 500 كيلووات ساعة وما يصل إلى 20 ميجاوات ساعة.

التطبيقات النموذجية لSSS هي للذرم الحلاقة، ومراقبة التردد، والغزل الاحتياطي، التسوية تحميل، قوة الطوارئ، الخ

في الوقت الحاضر، كل والأسرة في بعض البلدان لديها واحد على الأقل بطارية لوحة أنبوبي لتطبيقات العاكس UPS. ناهيك عن بعض المؤسسات التجارية، مثل مراكز التصفح، حيث هناك حاجة إلى إمدادات مستمرة من الطاقة.

في الآونة الأخيرة، يتم استخدام البطاريات الحمضية الرصاصية التي ينظمها صمام الصمام الأنبوبي هلامي على نطاق واسع في أنظمة الطاقة غير المتجددة مثل التطبيقات الشمسية. هنا نوع هلام هو الأنسب.

يمكن للمركبات الكهربائية التي تتطلب 800 دورة مع 40 Wh/kg من الطاقة المحددة استخدام أفضل لبطاريات EV أنبوبي رقيقة. نطاق القدرة المتاحة هو 200Ah إلى 1000Ah بمعدل 5 ساعة.

10. السمات التقنية الهامة لبطارية لوحة أنبوبي

أهم ميزة تقنية للبطارية لوحة أنبوبي هو قدرتها على الاحتفاظ المواد النشطة طوال العمر المتوقع لها دون عملية سفك يحدث في المسار الطبيعي، وبالتالي وضع الأساس لحياة طويلة.

البطاريات التي تستخدم هذه اللوحات لها عمر طويل من 15-20 سنة في التطبيقات الثابتة في ظل ظروف شحن تعويم، مثل مقسمات الهاتف، وتخزين الطاقة. بالنسبة للعمليات الدورية (مثل بطاريات الجر)، يمكن للبطاريات أن تقدم ما بين 800 و1500 دورة حسب مخرج الطاقة لكل دورة. كلما انخفض إنتاج الطاقة لكل دورة ، سيكون أعلى مدى الحياة.

لوحات أنبوبي هي الأنسب للتطبيقات الشمسية في الصيغة المنحل بالكهرباء هلام صمام منظم مع عدم وجود مشكلة التقسيم الطبقي في المنحل بالكهرباء. وبما أنه لا يتطلب أي تتصدر دورية مع المياه المعتمدة، وبما أن لا توجد غازات البغيضة تنبع من هذه الخلايا، فهي مناسبة بشكل بارز للتطبيقات الشمسية.

11- الاستنتاج

من مصادر الطاقة الكهروكيميائية المستخدمة في الوقت الحاضر، والبطارية الرصاص الحمضية يفوق جميع النظم الأخرى النظر بشكل فردي. في بطارية الرصاص الحمضية ، وبطاريات السيارات الموجودة في كل مكان تقود الفريق. يأتي بعد ذلك البطارية الصناعية لوحة أنبوبي. بطاريات السيارات لديها قدرات في حدود 33 هـ إلى 180هـ، وكلها في حاويات أحادية البلوس، أما النوع الآخر فيقدر على 45 هـ إلى آلاف الـهـ.

يتم تجميع بطاريات الألواح الأنبوبية ذات السعة الصغيرة (حتى 200 هـ) في خلايا أحادية البلع وخلايا سعة كبيرة 2V في حاويات مفردة ومتصلة في سلسلة وترتيبات متوازية. وتستخدم بطاريات لوحة أنبوبي قدرة كبيرة كمصادر ثابتة للطاقة في مقسم الهاتف، ومنشآت تخزين الطاقة الخ. بطاريات الجر لديها العديد من التطبيقات مثل شاحنات مناولة المواد، وشاحنات الرافعات الشوكية، عربات الغولف الخ.

انتقل إلى أعلى