Plaques tubulaires

Plaques tubulaires

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

Plaques tubulaires : batterie tubulaire haute vs batterie plate

1. Types de plaques de batterie à l’acide au plomb

Introduction aux batteries

Il existe plusieurs types de sources d’énergie électrochimiques (également connues sous le nom de cellules galvaniques, de cellules voltaïques ou de batteries). Une batterie est définie comme un dispositif électrochimique qui convertit l’énergie chimique en énergie électrique et vice versa. Le sujet de la batterie relève de l’électrochimie, qui est simplement définie comme le sujet qui traite de l’interconversion de l’énergie chimique et de l’énergie électrique. Dans cet article, nous allons discuter plus en détail sur les plaques tubulaires.

Ces cellules produisent de l’énergie électrique par des réactions spontanées d’oxydation-réduction (réactions redox) impliquant les produits chimiques dans les électrodes positives et négatives et l’électrolyte, se produisant dans chaque électrode, appelée une demi-cellule. L’énergie chimique dans les matériaux actifs convertis en énergie électrique. Les électrons produits dans la réaction de réduction passe par le circuit externe reliant les deux demi-cellules, produisant ainsi un courant électrique. La réaction d’oxydation se produit en libérant les électrons du matériau anode (principalement des métaux) et la réaction de réduction se produit lorsque les électrons atteignent la cathode (principalement des oxydes, des chlorures, de l’oxygène, etc.) à travers le circuit externe. Le circuit est complété par l’électrolyte.

Système de batterie au plomb et à l’acide :

Lorsque le circuit externe est fermé, les électrons commencent à se déplacer du pôle négatif à la suite de la réaction qui convertit (électrochimiquement oxyde) le plomb (Pb) en ions de plomb divalents (Pb2+). (Ces derniers ions réagissent avec des molécules de sulfate pour former du sulfate de plomb (PbSO4) à l’intérieur de la cellule). Ces électrons traversent le circuit externe et atteignent la plaque positive où ils convertissent le dioxyde de plomb en sulfate de plomb, c’est-à-dire que le dioxyde de plomb est électrochimiquement réduit au sulfate de plomb en raison de la conversion des ions Pb4+ en Pb2+ dans PbSO4.

La réaction globale de la cellule est écrite comme :

PbO2 + Pb + 2PbSO4 Charge ↔ Décharge 2PbSO4 + 2H2O

Nous pouvons voir que la valeur du plomb (Pb°) augmente à Pb2 +

,

en libérant 2 électrons pendant la décharge. Cette augmentation de la valeur est appelée oxydation dans la terminologie électrochimique.

Dans l’autre sens, la valence du plomb dans le dioxyde de plomb (Pb a 4 valencies dans le dioxyde de plomb) est réduite à 2+

en absorbant les deux électrons provenant de la réaction d’oxydation. Cette diminution de la valeur est appelée réduction en termes électrochimiques.

Ces termes peuvent également être décrits par les changements dans les potentiels individuels d’électrode de la cellule pendant la décharge. Le potentiel (tension) de l’électrode de plomb (anode pendant la décharge) augmente en se déplaçant à des valeurs plus positives lors d’une décharge. Cette augmentation de la valeur potentielle est appelée oxydation. Ainsi, le potentiel de plaque négative du plomb dans la cellule plomb-acide change d’environ -0,35 à environ -0,20 volts. Il s’agit d’une augmentation du potentiel. Par conséquent, cette réaction est appelée de nature anodique.

Au contraire, le potentiel de l’électrode de dioxyde de plomb (cathode pendant la décharge) diminue en se déplaçant vers le côté négatif, c’est-à-dire que la valeur devient de plus en plus faible au fur et à mesure que la décharge se produit. Le potentiel de plaque positive du dioxyde de plomb dans les cellules au plomb-acide passe d’environ 1,69 à environ 1,5 volts. Il s’agit d’une diminution du potentiel. Par conséquent, cette réaction est appelée cathodique dans la nature et nous disons que la réduction se produit sur une plaque positive pendant la décharge.

Ces réductions des tensions de travail pendant la décharge surviennent en raison de ce qu’on appelle la polarisation, causée par une combinaison de surtension, de résistance interne et de résistance interne, qui se produit sur les deux électrodes. Simplement dit, la surtension est la différence dans l’OCV et les tensions de fonctionnement.

Ainsi, pendant la décharge, Edisch = EOCV – ηPOS – ηNEG – IR.

Mais, pour la réaction de charge ECh = EOCV + ηPOS + ηNEG + IR.

IR se réfère à la résistance interne offerte par les matériaux à l’intérieur de la cellule comme l’électrolyte, le matériel actif, etc. L’IR dépend de la conception de la cellule, à savoir le séparateur utilisé, la hauteur entre les plaques, les paramètres intérieurs du matériau actif (taille des particules, surface, porosité, etc),température et quantité de PbSO4 dans le matériau actif. Il peut être présenté comme la somme de plusieurs résistances offertes par le plomb supérieur, la masse active et la couche de corrosion, l’électrolyte, le séparateur et la polarisation des matériaux actifs.

Les trois premiers facteurs sont affectés par la conception de la cellule. Aucune déclaration générale ne peut être faite sur les valeurs de polarisation, mais elle est généralement de la même ampleur que la résistance initiale offerte par le plomb supérieur. Les plaques plus longues ont plus d’IR. Il peut être déterminé à partir de la pente de la partie initiale de la courbe de décharge. Pour la même conception, une cellule de plus grande capacité aura une résistance interne plus faible. La résistance interne d’un VRLAB 12V/28Ah est de 6 mΩ, alors que celle d’une batterie de moindre capacité (12V/7Ah) est de 20 à 23 mΩ.

À des valeurs très basses, la relation entre η et le courant, I, prend la forme de la loi d’Ohm et les équations ci-dessus sont simplifiées comme

Edisch = EOCV – IR.
ECh = EOCV + IR.

La discussion ci-dessus porte sur la réaction de décharge d’une cellule au plomb et à l’acide.
Les phénomènes opposés se produisent lors de la réaction de charge de la cellule plomb-acide.

Dans le cas des batteries primaires, l’électrode positive est généralement appelée cathode tandis que l’électrode négative est appelée l’anode, et cela est sans ambiguïté puisque seule décharge se produit.

Ainsi, l’électrode de plomb qui a agi comme une anode se comporte comme une cathode lors de la réaction de charge et l’électrode de dioxyde de plomb qui a agi comme une cathode se comporte maintenant comme une anode. Pour éviter l’ambiguïté, nous utilisons simplement des électrodes ou des plaques positives et négatives dans les cellules secondaires.
Pour illustrer comment cela fonctionne dans la pratique, la figure suivante montre quelques courbes hypothétiques pour la décharge et la charge d’une batterie plomb-acide.

Il est clairement vu que la tension de décharge pratique se trouve en dessous de la tension en circuit ouvert de 2,05 V, et la tension de charge pratique se trouve au-dessus de cette valeur. L’écart par rapport à l’influence combinée de la résistance interne de la cellule et des pertes de polarisation. Chaque fois que le courant de décharge ou de charge est augmenté, la valeur de η devient plus grande, conformément aux équations ci-dessus.

Changements de plaque tubulaire dans la tension
Fig 1. Changements de tension d’une cellule au plomb et réactions redox des plaques positives et négatives
Plaque tubulaire
Fig 2. Changements dans la tension des plaques et des cellules pendant l’exemple de décharge de charge pris est cellule acide de plomb

Pour résumer les réactions :
Plomb, le matériau actif négatif:
Pendant la décharge: Pb → Pb2+ + 2e-
Pendant la charge: Pb2+ → Pb (c.-à-d., PbSO4 → Pb)

Le dioxyde de plomb, le matériau actif positif :
Pendant la décharge: Pb4+ → Pb2+ (PbO2 → PbSO4)
Pendant la charge: Pb2+ → PbO2 (c.-à-d. PbSO4 → PbO2)

Puisque les deux matériaux d’électrode sont convertis en sulfate de plomb, cette réaction a été donnée le nom de « théorie du double sulfate » par Gladstone et Tribe en 1882.

Classification des batteries

Selon la nature des réactions électrochimiques présentes dans ces cellules, elles peuvent être

  • Batteries primaires
  • Batterie secondaire (ou batterie de stockage ou accumulateur)
  • Combustible

Au départ, il est préférable de comprendre les différences entre ces types. Dans la batterie primaire, la réaction électrochimique est irréversible, tandis que, les cellules secondaires sont connues pour leur réversibilité de réaction. La pile à combustible est également une cellule primaire, mais la différence entre la pile à combustible et une cellule primaire est que les réactifs sont maintenus à l’extérieur du récipient cellulaire, tandis que dans une cellule primaire les réactifs sont là à l’intérieur de la cellule.

  • Dans les cellules primaires (par exemple, argent-oxyde-zinc cellules utilisées dans les montres-bracelets, MnO2- Zn cellules utilisées pour les torches flash et les télécommandes pour les unités ac, téléviseurs, etc) tombent dans cette catégorie, Dans ces cellules, les réactions ne peuvent se dérouler que dans une direction et nous ne pouvons pas inverser la réaction en passant l’électricité dans la direction opposée.
  • Au contraire, les appels secondaires sont connus pour leur réversibilité des réactions productrices d’énergie. Après la décharge, si nous passons le courant direct dans la direction opposée, les réactifs d’origine sont régénérés à partir des produits de réaction. Des exemples pour ce type de batterie sont batterie au plomb, batterie Li-ion, batterie Ni-Cd (en fait batterie NiOOH-Cd), batterie Ni-Fe, batterie Ni-MH, pour ne citer les batteries secondaires les plus courantes.
  • Pour élaborer le concept de réversibilité, le dioxyde de plomb (PbO2) dans l’électrode positive (communément appelée « plaque ») et le plomb (Pb) dans la plaque négative d’une cellule au plomb et acide, sont tous deux convertis en sulfate de plomb (PbSO4) lorsque les deux matériaux réagissent avec l’électrolyte, l’acide sulfurique dilué, pendant la réaction de production d’énergie. Ceci est représenté par les électrochimistes comme suit:
  • PbO2 + Pb + 2PbSO4 Charge ↔ Décharge 2PbSO4 + 2H2O
  • Une pile à combustible est également une cellule primaire, mais ses réactifs sont nourris de l’extérieur. L’électrode de la pile à combustible est inerte en ce qu’elle n’est pas consommée pendant la réaction cellulaire, mais simplement aider à la conduction électronique et ont des effets électrocatalytiques. Ces dernières propriétés permettent l’électro-réduction ou l’électro-oxydation des réactifs (les matériaux actifs).
  • Les matériaux actifs anodes utilisés dans les piles à combustible sont généralement des combustibles gazeux ou liquides tels que l’hydrogène, le méthanol, les hydrocarbures, le gaz naturel (les matériaux qui sont riches en hydrogène sont appelés combustibles) qui sont alimentés dans le côté anode de la pile à combustible. Comme ces matériaux sont comme les carburants conventionnels utilisés dans les moteurs thermiques, le terme « pile à combustible » s’est établi pour décrire ce type de cellules. L’oxygène, la plupart du temps souvent l’air, est l’oxydant prédominant et est alimenté dans la cathode.

Combustible

  • Par théorie, une seule pile à combustible H2/O2 pourrait produire 1,23 V dans des conditions ambiantes.

    La réaction est: H2 + 1/2 O2 → H2O ou 2H2 + O2 → 2H2O E° = 1,23 V

    Pratiquement, cependant, les piles à combustible produisent des sorties de tension utiles qui sont très éloignées de la tension théorique de 1,23 V et, par conséquent, les piles à combustible fonctionnent généralement entre 0,5 et 0,9 V. Les pertes ou réductions de tension par rapport à la valeur théorique sont appelées « polarisation », terme et phénomène applicable à toutes les batteries à des degrés différents.

Batterie acide de plomb

Dans la production de batterie au plomb-acide, une variété d’électrodes positives (ou comme communément appelé, « ique ») est utilisé:
Ils sont :

Un. Plaque plate ou plaque de grille ou plaque collée ou de type treillis ou plaque Fauré (1,3 à 4,0 mm d’épaisseur)
B. Plaques tubulaires (diamètre intérieur ~ 4,9 à 7,5 mm)
C. Plaques planté (6 à 10 mm)
D. Plaques coniques
E. Plaques de rouleau de gelée (0,6 à 0,9 mm)
F. Plaques bipolaires

  • Parmi ceux-ci, le premier type de plaque plate est le plus largement utilisé; bien qu’il puisse fournir des courants lourds pour une courte durée (par exemple, le démarrage d’une automobile ou d’un ensemble DG), il a une durée de vie plus courte. Ici, un type de treillis de collecteur de courant rectangulaire est rempli d’une pâte faite à partir d’un mélange d’oxyde de plomb, d’eau et d’acide sulfurique, soigneusement séché et formé. Les plaques positives et négatives sont faites de la même manière, à l’exception de la différence d’additifs. Étant minces, les batteries fabriquées à partir de telles plaques peuvent fournir des courants très élevés nécessaires au démarrage d’une automobile. L’espérance de vie est de 4 à 5 ans dans une telle application. Avant l’avènement de l’arrangement alternateur-rectificateur, la vie était plus courte.
  • Plaques tubulaires: Le prochain type largement utilisé de plaque est la plaque tubulaire qui a une durée de vie plus longue, mais ne peut pas fournir une rafale de courant comme dans le type de plaque plate de batteries. Nous discutons des plaques tubulaires en détail ci-dessous.
  • Pour une longue durée de vie avec l’exigence de fiabilité la plus stricte dans des endroits comme les centrales électriques et les échanges téléphoniques, le type de cellule au plomb-acide préféré est le type Planté. Le matériau de départ de la plaque tubulaire est d’environ 6-10 mm d’épaisseur de coulée de feuilles de plomb de haute pureté avec de nombreuses laminations verticales minces. La surface de base de la plaque tubulaire est considérablement améliorée par la construction lamellaire, ce qui se traduit par une surface efficace qui est 12 fois celle de sa zone géométrique.
  • La plaque conique est constituée de grilles de plomb pure en treillis circulaire (coupées à un angle de 10°), plaques empilées horizontalement l’une au-dessus de l’autre et faites de plomb pur. Cette technologie a été développée par Bell Telephone Laboratories, Usa.
  • Les plaques de rouleau de gelée sont de fines plaques de grille continue faites à partir d’un alliage d’étain à faible teneur en plomb d’épaisseur de 0,6 à 0,9 mm facilitant des taux élevés. Les plaques sont collées avec des oxydes de plomb, séparées par un tapis de verre absorbant, et enroulées en spirale pour former l’élément cellulaire de base.
  • Plaques bipolaires : Ces plaques ont une feuille de conduite centrale faite soit à partir de métal ou de polymère conducteur et ayant un matériau actif positif d’un côté et un matériau négatif de l’autre côté. Ces plaques sont empilées de telle manière que les matériaux actifs de polarité opposées se font face avec un séparateur entre eux., pour obtenir la tension requise.
  • Ici, la connexion intercellulaire séparée est éliminée, réduisant ainsi la résistance interne. Il est à noter que les plaques extrêmes d’une batterie bipolaire sont toujours de type monopolaire, positives ou négatives

2. Différences dans la performance de différents types de plaques

Les batteries de plaques plates sont destinées à la décharge à courant élevé et de courte durée comme dans l’automobile et les batteries de démarrage de l’ensemble DG. Ils ont généralement une durée de vie de 4 à 5 ans et la fin de vie est principalement due à la corrosion des grilles positives, ce qui entraîne la perte de contact entre le réseau et les matériaux actifs et l’excrétion ultérieure.

Les plaques tubulaires sont robustes et ont donc une durée de vie d’environ 10 à 15 ans en exploitation de flotteurs. Ils sont également adaptés pour le devoir cyclique et offrent la vie de cycle le plus élevé. Le matériau actif est contenu dans l’espace annulaire entre la colonne vertébrale et le support d’oxyde. Cela limite le stress dû aux changements de volume qui se produisent lorsque les cellules sont cycled.

La fin de vie est à nouveau due à la corrosion des épines et à la perte de contact entre les épines et le matériau actif. Cependant, la zone de contact entre la colonne vertébrale et la masse active est réduite dans une telle construction et donc sous les drains de courant lourds, la densité de courant plus élevée entraîne un chauffage local conduisant à la rupture des tubes et des fissures dans la couche de corrosion.

Les cellules de plaque planté ont la durée de vie la plus longue, mais la capacité est pauvre par rapport à d’autres types. Mais ces cellules offrent la plus grande fiabilité et la plus longue durée de vie du flotteur. Leur coût est également plus élevé, mais s’il est estimé au cours de la durée de vie, il est en fait inférieur par rapport à d’autres cellules de type stationnaire. La raison d’une durée de vie plus longue est que la surface de la plaque positive est continuellement régénérée sans pratiquement aucune perte de capacité au cours de sa durée de vie.
Les cellules de plaques coniques sont spécialement conçues par Lucent Technologies (anciennement AT&T Bell Laboratories) pour une très longue durée de vie de plus de 30 ans. Les données récentes sur la corrosion, qui durent de 23 ans, ont une durée de vie de 68 à 69 ans pour ces batteries.

La conception de rouleau de gelée se prête à la production de masse en raison d’excellentes caractéristiques mécaniques et électriques. La construction de rouleaux de gelée (électrodes à enroulement en spirale) dans un récipient cylindrique peut maintenir des pressions internes plus élevées sans déformation et peut être conçue pour avoir une pression de libération plus élevée
que les cellules prismatiques. Ceci est dû à un récipient métallique externe utilisé pour empêcher la déformation des caisses en plastique à des températures plus élevées et des pressions internes de cellules. La gamme des pressions d’aération peut être aussi élevée que 170 kPa à 275 kPa (25 à 40 psi » 1,7 à 2,75 bar) pour une cellule en métal gainée, enroulée en spirale à de 7 kPa à 14 kPa (1 à 2 psi » 0,07 à 0,14 bar) pour une grande batterie prismatique.

Batteries de plaque bipolaires
Dans la conception d’une plaque bipolaire, il y a un matériau central conducteur électroniquement (soit une feuille de métal ou une feuille de polymère conducteur) d’un côté dont le matériau actif positif et l’autre, un matériau actif négatif. Ici, la connexion intercellulaire séparée est éliminée, réduisant ainsi la résistance interne. Il est à noter que les plaques extrêmes dans une cellule d’extrémité bipolaire sont toujours de type monopolaire, soit positif ou négatif.

Ces batteries ont

  1. Une énergie spécifique plus élevée et une densité énergétique plus élevée (c.-à-d. 40 % moins de volume ou 60 % de la taille d’une batterie au plomb-acide régulière, 30 % moins de poids ou 70 % de la masse de batteries au plomb-acide régulières.
  2. Doubler la durée de vie du cycle
  3. La moitié du plomb est nécessaire et d’autres matériaux sont également réduits.

3. Applications de piles tubulaires

Les piles tubulaires sont utilisées principalement lorsqu’il y a une exigence d’une longue durée de vie avec une capacité plus élevée. Ils sont principalement utilisés dans les applications de secours dans les échanges téléphoniques et les grandes usines pour la manutention des matériaux camions, tracteurs, véhicules miniers, et, dans une certaine mesure, les chariots de golf.

De nos jours, ces batteries sont omniprésentes dans tous les ménages pour les applications onduleur-UPS.

Des plaques de type extra-hautes (aussi hautes que 1 mètre et plus) sont utilisées dans les batteries sous-marines pour fournir de l’énergie lorsque le sous-marin est submergé. Il fournit une puissance silencieuse. Les capacités varient de 5.000 à 22.000 Ah. Les cellules sous-marines ont des pompes à air insérées dans eux pour annuler la stratification acide de l’électrolyte pour 1 à 1,4 m de haut cellules.

Les batteries à l’acide de plomb régulées par la valve électrolyte gélétique sont largement utilisées dans les systèmes d’énergie non renouvelables comme les applications solaires.

Minces piles tubulaires EV plaque pour les fourgonnettes et les autobus trouver des applications dans le champ EV et sont en mesure de fournir 800 à 1500 cycles en fonction de l’épaisseur de la colonne vertébrale et de l’énergie spécifique.

Le tableau suivant illustre la relation entre l’épaisseur de la colonne vertébrale, la hauteur des plaques, la densité des électrolytés, l’énergie spécifique et le nombre de cycles de vie.

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

Référence: K. D. Merz, J. Power Sources, 73 (1998) 146-151.

4. Fabrication de sacs tubulaires, de plaques tubulaires et de piles tubulaires:

Sacs tubulaires

La plaque tubulaire primitive a été construite avec des anneaux individuels par Phillipart et avec des sacs tubulaires par Woodward ont été signalés en 1890-1900 et l’utilisation de tubes en caoutchouc à fentes (Exide Ironclad) a été développé par Smith en 1910.

L’assemblage de tubes individuels sur les épines a été pratiqué plus tôt et il s’agissait d’une opération plus lente que l’insertion d’une grille complète dans une conception multi-tube. En outre, la liaison physique entre les tubes individuels du multi-tube donne une plus grande rigidité pendant le fonctionnement de l’unité de remplissage. L’arc des épines due au mouvement latéral est éliminé. Ce sont les raisons pour lesquelles les fabricants de batteries préfèrent utiliser PT Bags gantelets multi-tube.

Préparation du tube. De nos jours, les sacs multi-tubes ou PT (gantelets) sont fabriqués à partir de verres ou de fibres organiques résistants à la chimie (polyester, polypropylène, coclymères acrylonitriles, etc.) par des méthodes de tissage, de tressage ou de feutrage.

Dans les premiers jours de multi-tubes, tissu tissé horizontalement dans un fil du copolymère de chlorure de vinyle et d’acétate de vinyle a été utilisé. Deux couches du tissu ont été passées de chaque côté d’une rangée d’anciens cylindriques (mandrel) et la couture entre les anciens adjacents a été soudée par la chaleur.

Mais l’acétate de vinyle a dégénéré pour libérer de l’acide acétique qui, à son tour, a entraîné la corrosion de la colonne vertébrale et une défaillance prématurée de la batterie. De plus, l’étanchéité thermique devait être contrôlée et dimensionnée. Si la pression d’étanchéité était dépassée, les coutures étaient faibles et bientôt les couches se séparaient en service. Au contraire, si la pression d’étanchéité était trop lourde, la étanchéité était bonne, mais la couture réelle était mince et s’est rapidement effondrée en service.

Bien que cela n’ait pas causé de problème sérieux en service, la couture a eu tendance à se séparer pendant les opérations initiales de manutention et de remplissage et le centre de la plaque tubulaire a eu tendance à s’incliner, ce qui a créé des problèmes dans les opérations suivantes de l’unité, par exemple, parfois il y avait de la difficulté à insérer la plaque dans le récipient cellulaire en raison des plaques surdimensionnées.

Diverses méthodes ont été essayées pour remplacer l’étanchéité thermique, comme la technique de tissage composite dans laquelle les tubes ont été tissés en une seule opération avec les filaments sillonnant entre les tubes pour former une couture intégrale. Les multi-tubes modems utilisent l’étanchéité thermique ou la couture avec des filaments de polyester tissés dans des tissus ou des chiffons en polyester non tissés.

L’attrait des tissus non tissés réside dans le fait que le coût de fabrication est plus faible en raison de la baisse du coût des matériaux de base par l’élimination du processus de tissage. Cependant, pour atteindre le même ordre de force d’éclatement, le tube non tissé doit être plus épais que son homologue tissé. Cela réduit à la fois le volume de travail de l’électrolyte (en raison du plus grand volume de matériau de tube non tissé). Le volume de matériel actif dans le tube est également réduit, ce qui, à son tour, réduit légèrement la capacité de la cellule.

D’excellentes plaques tubulaires peuvent être faites avec des tubes individuels ou des multi-tubes fournis
le fil utilisé dans la fabrication des tubes est celui qui ne dénature pas facilement en service. Les filaments de verre et de polyester spécialement formulés répondent à cette exigence.

Les piles tubulaires sont stationnaires ou en matériel roulant, généralement chargées à flots à une tension de 2,2 à 2,30 volts par cellule, selon la gravité spécifique de l’électrolyte. Les batteries courantes de l’onduleur/UPS, les batteries téléphoniques et les cellules d’éclairage et de climatisation (cellules TL & AC) sont les suivantes.

Plaque tubulaire

Dans une plaque tubulaire, une série d’épines d’épaisseur appropriée moulées à partir d’un alliage de plomb est reliée à une barre de bus supérieure, soit manuellement, soit à l’aide d’une machine à coulée de pression. Les épines sont insérées dans des sacs tubulaires et l’espace entre les épines et le sac PT (également appelé porte-oxyde) est rempli d’oxyde sec ou de pâte thixotrope humide. Les épines sont maintenues en position centrale par une protubérance étoilée fournie dans les épines. Les sacs PT sont invariablement fabriqués à partir de fibres de polyester tissées ou feutrées. Les plaques tubulaires ainsi préparées sont ensuite marinées, séchées et formées en réservoir ou en bocal avec une densité d’électrolyte appropriée.

L’oxyde de remplissage peut avoir n’importe quelle composition : seulement l’oxyde gris, l’oxyde gris et le plomb rouge (également appelé « minium ») dans des proportions variables.

L’avantage d’avoir du plomb rouge dans le mélange positif est que le temps de formation est réduit proportionnellement au pourcentage de plomb rouge qu’il contient. C’est parce que le plomb rouge contient déjà environ un tiers de dioxyde de plomb, le reste étant le monoxyde de plomb. C’est-à-dire, le plomb rouge Pb3O4 = 2PbO + PbO2.

Alternativement, les plaques tubulaires remplies peuvent être assemblées directement, après avoir enlevé les particules d’oxyde lâches adhérant aux tubes à l’extérieur, dans les cellules et les batteries et en bocal formés.

La plaque négative est faite comme d’habitude en suivant la pratique de fabrication de plaque plate. Les extenseurs sont les mêmes, mais, la quantité de «blanc fixe» est plus par rapport à une pâte automobile. Les plaques tubulaires sont traitées dans des fours de durcissement pendant environ 2 à 3 jours, après avoir été passées par un tunnel de séchage chauffé par l’électricité ou le gaz pour enlever l’humidité superficielle, de sorte que les plaques ne collent pas les unes avec les autres pendant les processus de manipulation ultérieurs.

La différence dans la gravité spécifique de remplissage initial de l’acide pour les pales marinées et non cueillies provient du fait que le premier contient plus d’acide et donc une gravité spécifique inférieure est choisie pour les batteries de plaques tubulaires marinées, généralement environ 20 points de moins. La gravité spécifique de finition de l’électrolyte est de 1.240 ± 0.010 à 27°C.
Plus la gravité spécifique de l’électrolyte est élevée, plus la capacité d’obtenir fro0m ces batteries, mais la durée de vie sera affectée négativement.
Ou, les plaques tubulaires peuvent être formées en réservoir, séchées et assemblées et chargées comme d’habitude.

5. Différents types de plaque tubulaire

Procédé de fabrication de plaques tubulaires
Fig 3. Graphique de flux représentant les opérations de l’unité
Plaque tubulaire différentes formes
Fig 4. les tubes peuvent également être des types ovales ou plats ou carrés ou rectangulaires

La plupart des fabricants de batteries utilisent des tubes cylindriques pour fabriquer des plaques tubulaires et des batteries. Même dans ce diamètre des tubes et par conséquent, celui des épines peut varier d’environ 8 mm à 4,5 mm.

Toutefois, les tubes peuvent également être ovales ou plats ou carrés ou rectangulaires. La structure de base est la même que les plaques tubulaires cylindriques précurseurs (comme indiqué ci-dessus).

7. Avantages de l’utilisation de plaques tubulaires

Les plaques tubulaires sont très connues pour leur longue vie en raison de l’absence de perte de matériel actif. Le matériau actif est tenu par le sac tubulaire et donc une densité d’emballage plus faible peut être utilisé pour maximiser le coefficient d’utilisation. La porosité plus élevée qui en résulte peut également aider à utiliser des matériaux plus actifs dans le processus de production d’énergie. Plus la colonne vertébrale est épaisse, plus les cycles de vie qui peuvent être obtenus à partir de ces plaques tubulaires seront épais.

Le nombre de cycles de vie se situe entre 1000 et 2000 cycles selon l’épaisseur des plaques. Plus la plaque tubulaire est épaisse, plus le nombre de cycles qu’ils donnent sera épais. Il est dit que les plaques tubulaires peuvent offrir deux fois le nombre de cycles de vie par rapport à une plaque plate de la même épaisseur.

8. Comment la durée de vie de la batterie est améliorée en utilisant des plaques tubulaires?

Comme nous l’avons vu plus haut, la durée de vie d’une batterie tubulaire est plus élevée que celle des piles à plaques plates. Les phrases suivantes décrivent les raisons de l’allongement de l’espérance de vie des piles tubulaires. Plus important encore, le matériau actif est strictement tenu par les tubes de support d’oxyde, empêchant ainsi l’excrétion du matériau, qui est la principale raison de la défaillance des batteries. En outre, au fil du temps, les épines obtiennent une couverture protectrice de dioxyde de plomb qui aide à réduire le taux de corrosion des épines. La corrosion est tout simplement, la conversion de la colonne vertébrale en alliage de plomb en dioxyde de plomb.

Les alliages thermodynamiques de plomb et de plomb sont instables sous un potentiel anodique élevé de plus de 1,7 à 2,0 volts et sous l’atmosphère corrosive de l’acide sulfurique tend à être corrodé et converti en PbO2.

Chaque fois que la cellule est en charge à des tensions éloignées de la tension en circuit ouvert (OCV) sur le côté supérieur, l’oxygène est évolué à la suite d’une dissociation électrolytique de l’eau et l’oxygène est évolué à la surface des plaques tubulaires positives et doit se diffuser à la colonne vertébrale pour la corroder. Puisqu’il y a une épaisse couche de matériel actif positif (PAM) entourant les épines, l’oxygène doit voyager de la surface par une longue distance et ainsi le taux de corrosion tend à être réduit. Cela aide à prolonger la durée de vie des cellules tubulaires.

9. Quelles applications de batterie devraient idéalement utiliser des plaques tubulaires?

Les plaques tubulaires sont principalement utilisées pour les batteries à long cycle de grande capacité, comme dans les véhicules de transport industriels internes (chariots élévateurs, voitures électriques, etc.). Il est également utilisé pour l’application de stockage d’énergie comme le système de stockage d’énergie de batterie (BESS), où la capacité des cellules peut être aussi élevé que 11000 Ah et 200 à 500 kWh et jusqu’à un 20 MWh.

Les applications typiques pour BESS sont pour le rasage de pointe, contrôle de fréquence, réserve de rotation, nivellement de charge, puissance d’urgence, etc.

De nos jours, chaque ménage dans certains pays a au moins une batterie tubulaire pour les applications onduleur-UPS. Sans parler de certains établissements commerciaux, par exemple, les centres de navigation, où un approvisionnement continu en énergie est nécessaire.

Récemment, les batteries à l’acide au plomb régulées par la valve tubulaire gélifié sont largement utilisées dans les systèmes d’énergie non renouvelables comme les applications solaires. Ici, le type gélifié est le mieux adapté.

Les véhicules électriques nécessitant 800 cycles avec 40 Wh/kg d’énergie spécifique peuvent utiliser au mieux les fines batteries TUBulaire EV. La gamme de capacité disponible est de 200Ah à 1000Ah à taux de 5 h.

10. Caractéristiques techniques importantes d’une batterie de plaque tubulaire

La caractéristique technique la plus importante de la batterie de plaque tubulaire est sa capacité à conserver le matériau actif tout au long de son espérance de vie sans que le processus d’excrétion se produise dans le cours normal et donc jeter les bases pour une longue vie.

Les batteries utilisant ces plaques ont une longue durée de vie de 15-20 ans dans des applications stationnaires dans des conditions de charge de flotteur, telles que les échanges téléphoniques, le stockage d’énergie. Pour les opérations cycliques (telles que les batteries de traction), les batteries peuvent fournir n’importe où de 800 à 1500 cycles en fonction de la production d’énergie par cycle. Plus la production d’énergie par cycle est faible, plus la durée de vie sera élevée.

Les plaques tubulaires sont les mieux adaptées pour les applications solaires dans la version gélifié de valve d’électrolyte-réglée sans problème de stratification dans l’électrolyte. Puisqu’il ne nécessite aucun remplissage périodique avec l’eau approuvée et puisqu’aucun gaz odieux n’émanent de ces cellules, ils sont éminemment adaptés pour des applications solaires.

11. Conclusion

Parmi les sources d’énergie électrochimiques utilisées de nos jours, la batterie plomb-acide dépasse tous les autres systèmes considérés individuellement. Dans la batterie au plomb-acide, les batteries automobiles omniprésentes représentent le chef de file de l’équipe. Vient ensuite la batterie industrielle de plaque tubulaire. Les batteries automobiles ont des capacités dans la gamme de 33 Ah à 180 Ah, le tout dans des conteneurs monoblocs, mais l’autre type a une capacité de 45 Ah à des milliers d’Ah.

Les batteries tubulaires de petite capacité (jusqu’à 200 Ah) sont assemblées en monoblocs et en cellules de grande capacité 2v dans des contenants simples et reliées en séries et en arrangements parallèles. Les batteries tubulaires de grande capacité sont utilisées comme sources d’énergie stationnaires dans les échanges téléphoniques, les établissements de stockage d’énergie, etc. Les batteries de traction ont plusieurs applications comme les camions de manutention de matériaux, les chariots élévateurs, les chariots de golf etc.

Retour haut de page