Pelat tubular: baterai tubular tinggi vs baterai pelat datar
1. Apa itu baterai pelat tubular?
Pengantar baterai
Ada beberapa jenis sumber daya elektrokimia (juga dikenal sebagai sel galvanik, sel volta atau baterai). Baterai didefinisikan sebagai perangkat elektrokimia yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik dan sebaliknya. Subjek baterai berada di bawah elektrokimia , yang secara sederhana didefinisikan sebagai subjek yang berhubungan dengan interkonversi energi kimia dan energi listrik. Pada artikel ini kita akan membahas lebih detail tentang pelat tubular dan pelat semi tubular.
Sel-sel ini menghasilkan energi listrik dengan reaksi oksidasi-reduksi spontan (reaksi redoks) yang melibatkan bahan kimia di elektroda positif dan negatif, dan elektrolit, yang terjadi di setiap elektroda, yang disebut setengah sel. Energi kimia dalam bahan aktif diubah menjadi energi listrik. Elektron yang dihasilkan dalam reaksi reduksi melewati sirkuit eksternal yang menghubungkan dua setengah sel, sehingga menghasilkan arus listrik. Reaksi oksidasi terjadi dengan melepaskan elektron dari bahan anoda (kebanyakan logam) dan reaksi reduksi terjadi ketika elektron mencapai katoda (kebanyakan oksida, klorida, oksigen dll) melalui sirkuit eksternal. Sirkuit selesai melalui elektrolit.
Sistem baterai timbal-asam:
Ketika sirkuit eksternal ditutup, elektron mulai bergerak dari kutub negatif sebagai akibat dari reaksi yang mengubah (secara elektrokimia mengoksidasi) timbal (Pb) menjadi ion timbal divalen (Pb2+). (Ion yang terakhir bereaksi dengan molekul sulfat untuk membentuk timbal sulfat (PbSO4) di dalam sel). Elektron ini berjalan melalui sirkuit eksternal dan mencapai pelat positif di mana mereka mengubah timbal dioksida menjadi timbal sulfat yaitu, timbal dioksida secara elektrokimia direduksi menjadi timbal sulfat sebagai akibat dari ion Pb4+ diubah menjadi ion Pb2+ di PbSO4.
Teknologi baterai pelat tubular
Reaksi keseluruhan sel ditulis sebagai:
Muatan PbO2 + Pb + 2PbSO4 Pelepasan 2PbSO4 + 2H2O
Kita dapat melihat bahwa valensi timbal (Pb ° ) meningkat menjadi Pb 2+ , dengan melepaskan 2 elektron selama pelepasan. Peningkatan valensi ini disebut oksidasi dalam terminologi elektrokimia.
Sebaliknya, valensi timbal dalam timbal dioksida (Pb memiliki 4 valensi dalam timbal dioksida) berkurang menjadi 2 +
dengan menyerap dua elektron yang berasal dari reaksi oksidasi. Penurunan valensi ini disebut reduksi dalam istilah elektrokimia.
Istilah-istilah ini juga dapat dijelaskan dengan perubahan potensial elektroda individu sel selama pelepasan. Potensi (tegangan) elektroda timbal (anoda selama pelepasan) meningkat dengan bergerak ke nilai yang lebih positif selama pelepasan. Peningkatan nilai potensial ini disebut oksidasi. Jadi potensial pelat negatif timbal dalam sel timbal-asam berubah dari sekitar -0,35 menjadi sekitar -0,20 volt. Ini adalah peningkatan potensi. Oleh karena itu reaksi ini disebut anodik di alam.
Sebaliknya, potensial elektroda timbal dioksida (katoda selama pelepasan) berkurang dengan bergerak ke arah sisi negatif, yaitu, nilainya menjadi lebih rendah dan lebih rendah saat pelepasan berlangsung. Potensial pelat positif timbal dioksida dalam sel timbal-asam berubah dari sekitar 1,69 menjadi sekitar 1,5 volt. Ini adalah penurunan potensi. Oleh karena itu reaksi ini disebut katodik di alam dan kita katakan reduksi terjadi pada pelat positif selama pelepasan.
Pengurangan tegangan kerja selama pelepasan ini muncul karena apa yang disebut polarisasi, yang disebabkan oleh kombinasi tegangan lebih, , dan resistansi internal, yang terjadi pada kedua elektroda. Secara sederhana, tegangan lebih adalah perbedaan OCV dan tegangan operasi.
Jadi, selama pelepasan, E disch = EOCV – POS – NEG – IR.
Tetapi untuk reaksi pengisian E Ch = EOCV + POS + NEG + IR.
IR mengacu pada resistansi internal yang ditawarkan oleh bahan di dalam sel seperti elektrolit, bahan aktif, dll. IR tergantung pada desain sel, yaitu separator yang digunakan, pitch antara pelat, parameter bagian dalam bahan aktif (ukuran partikel, luas permukaan, porositas, dll), suhu dan jumlah PbSO4 dalam bahan aktif. Ini dapat disajikan sebagai jumlah dari beberapa resistensi yang ditawarkan oleh timbal atas, massa aktif dan lapisan korosi, elektrolit, pemisah dan polarisasi bahan aktif.
Tiga faktor pertama dipengaruhi oleh desain sel. Tidak ada pernyataan umum yang dapat dibuat tentang nilai polarisasi, tetapi biasanya besarnya sama dengan resistansi awal yang ditawarkan oleh ujung atas. Pelat yang lebih panjang memiliki lebih banyak IR. Hal ini dapat ditentukan dari kemiringan bagian awal kurva debit. Untuk desain yang sama, sel dengan kapasitas lebih tinggi akan memiliki resistansi internal yang lebih rendah. Resistansi internal VRLAB 12V/28Ah adalah 6 mΩ, sedangkan baterai berkapasitas lebih rendah (12V/7Ah) adalah 20 hingga 23 mΩ.
Pada nilai yang sangat rendah, hubungan antara dan arus, I, berbentuk hukum Ohm dan persamaan di atas disederhanakan sebagai
Edisch = EOCV – IR.
ECh = EOCV + IR.
Pembahasan di atas berkaitan dengan reaksi pelepasan sel timbal-asam.
Fenomena sebaliknya terjadi selama reaksi pengisian sel timbal-asam.
Dalam kasus baterai primer, elektroda positif biasanya disebut katoda sedangkan elektroda negatif disebut anoda, dan ini tidak ambigu karena hanya pelepasan yang terjadi.
Dengan demikian elektroda timbal yang bertindak sebagai anoda berperilaku sebagai katoda selama reaksi pengisian dan elektroda timbal dioksida yang bertindak sebagai katoda sekarang berperilaku sebagai anoda. Untuk menghindari ambiguitas, kami hanya menggunakan elektroda atau pelat positif dan negatif di sel sekunder.
Untuk mengilustrasikan cara kerjanya dalam praktik, gambar berikut menunjukkan beberapa kurva hipotetis untuk pelepasan dan pengisian baterai timbal-asam.
Jelas terlihat bahwa tegangan pelepasan praktis terletak di bawah tegangan rangkaian terbuka 2.05V, dan tegangan pengisian praktis terletak di atas nilai ini. Penyimpangan dari adalah ukuran pengaruh gabungan dari resistansi internal sel dan kerugian polarisasi. Setiap kali debit atau arus muatan dinaikkan, nilai menjadi lebih besar, sesuai dengan persamaan yang diberikan di atas.
Gambar 2 Perubahan tegangan pelat & sel selama pelepasan muatan contoh yang diambil adalah sel asam timbal
Untuk meringkas reaksi:
Timbal, bahan aktif negatif:
Selama debit: Pb → Pb2+ + 2e-
Selama pengisian: Pb2+ → Pb (yaitu, PbSO4 → Pb)
Timbal dioksida, bahan aktif positif:
Selama pembuangan: Pb4+ → Pb2+ (PbO2 → PbSO4)
Selama pengisian: Pb2+ → PbO2 (yaitu, PbSO4 → PbO2)
Karena kedua bahan elektroda diubah menjadi timbal sulfat, reaksi ini diberi nama “teori sulfat ganda” oleh Gladstone dan Tribe pada tahun 1882.
Klasifikasi baterai
Tergantung pada sifat reaksi elektrokimia yang terjadi dalam sel-sel ini, mereka dapat diklasifikasikan menjadi:
- Baterai utama
- Sekunder (atau baterai penyimpanan atau akumulator)
- Sel bahan bakar
Pada awalnya, lebih baik untuk memahami perbedaan antara jenis-jenis ini. Pada baterai primer, reaksi elektrokimia bersifat ireversibel, sedangkan sel sekunder dikenal karena reversibilitas reaksinya. Sel bahan bakar juga merupakan sel primer, tetapi perbedaan antara sel bahan bakar dan sel primer adalah reaktan disimpan di luar wadah sel, sedangkan di sel primer reaktan ada di dalam sel.
- Dalam sel primer (misalnya, sel perak-oksida-seng yang digunakan dalam jam tangan, sel MnO2-Zn yang digunakan untuk senter dan remote untuk unit AC, TV, dll) termasuk dalam kategori ini. Dalam sel ini, reaksi hanya dapat berlangsung dalam satu arah dan kita tidak dapat membalikkan reaksi dengan melewatkan listrik dalam arah yang berlawanan.
- Sebaliknya, panggilan sekunder dikenal karena reversibilitasnya dari reaksi penghasil energi. Setelah pelepasan, jika kita melewatkan arus searah dalam arah yang berlawanan, reaktan asli diregenerasi dari produk reaksi. Contoh baterai jenis ini adalah baterai timbal-asam, baterai Li-ion, baterai Ni-Cd (sebenarnya baterai NiOOH-Cd), baterai Ni-Fe, baterai Ni-MH, hingga baterai sekunder yang paling umum.
- Untuk menguraikan konsep reversibilitas, timbal dioksida (PbO2) di elektroda positif (biasa disebut “pelat”) dan timbal (Pb) di pelat negatif sel timbal-asam, keduanya diubah menjadi timbal sulfat (PbSO4) ketika keduanya bahan bereaksi dengan elektrolit, asam sulfat encer, selama reaksi produksi energi. Ini diwakili oleh ahli elektrokimia sebagai berikut:
- Muatan PbO2 + Pb + 2PbSO4 Pelepasan 2PbSO4 + 2H2O
- Sel bahan bakar juga merupakan sel primer, tetapi reaktannya diumpankan dari luar. Elektroda sel bahan bakar tidak aktif karena tidak dikonsumsi selama reaksi sel, tetapi hanya membantu dalam konduksi elektronik dan memiliki efek elektrokatalitik. Sifat yang terakhir memungkinkan reduksi elektro atau elektro-oksidasi reaktan (bahan aktif).
- Bahan aktif anoda yang digunakan dalam sel bahan bakar biasanya bahan bakar gas atau cair seperti hidrogen, metanol, hidrokarbon, gas alam (bahan yang kaya hidrogen disebut bahan bakar) yang diumpankan ke sisi anoda sel bahan bakar. Karena bahan-bahan ini seperti bahan bakar konvensional yang digunakan dalam mesin panas, istilah “sel bahan bakar” telah ditetapkan untuk menggambarkan jenis sel seperti itu. Oksigen, kebanyakan sering udara, adalah oksidan utama dan dimasukkan ke dalam katoda.
Sel bahan bakar
Secara teori, satu sel bahan bakar H2/O2 dapat menghasilkan 1,23 V pada kondisi sekitar.
Reaksinya adalah: H2 + O2 → H2O atau 2H2 + O2 → 2H2O E° = 1,23 V
Namun secara praktis, sel bahan bakar menghasilkan keluaran tegangan yang berguna yang jauh dari tegangan teoritis 1,23 V dan sebagai hasilnya, sel bahan bakar umumnya beroperasi antara 0,5 dan 0,9 V. Rugi atau pengurangan tegangan dari nilai teoritis disebut sebagai ”polarisasi,” istilah dan fenomena yang berlaku untuk semua baterai pada tingkat yang berbeda.
Baterai asam timbal
Dalam produksi baterai timbal-asam, berbagai elektroda positif (atau biasa disebut, “pelat”) digunakan:
Mereka:
sebuah. Pelat datar atau pelat kisi atau pelat tempel atau tipe kisi atau pelat Fauré (ketebalan 1,3 hingga 4,0 mm)
B. Pelat berbentuk tabung (diameter dalam ~ 4,9 hingga 7,5 mm)
C. Pelat Planté (6 hingga 10 mm)
D. Piring berbentuk kerucut
e. Piring jelly roll (0,6 hingga 0,9 mm)
F. Pelat bipolar
- Dari jumlah tersebut, jenis pelat datar yang disebutkan pertama adalah yang paling banyak digunakan; meskipun dapat mensuplai arus deras untuk waktu yang singkat (misalnya, menyalakan mobil atau set DG), ia memiliki masa pakai yang lebih pendek. Di sini, jenis kisi pengumpul arus persegi panjang diisi dengan pasta yang terbuat dari campuran timbal-oksida, air dan asam sulfat, dikeringkan dan dibentuk dengan hati-hati. Pelat positif dan negatif dibuat dengan cara yang sama, kecuali perbedaan aditif. Karena tipis, baterai yang terbuat dari pelat semacam itu dapat memasok arus yang sangat tinggi yang diperlukan untuk menghidupkan mobil. Harapan hidup adalah 4 hingga 5 tahun dalam aplikasi semacam itu. Sebelum munculnya pengaturan alternator-rectifier, masa pakainya lebih pendek.
- Pelat berbentuk tabung: Jenis pelat yang banyak digunakan berikutnya adalah pelat tabung yang memiliki umur lebih panjang, tetapi tidak dapat mensuplai semburan arus seperti pada baterai jenis pelat datar. Kami membahas pelat tubular secara rinci di bawah ini.
- Untuk masa pakai yang lama dengan persyaratan keandalan yang paling ketat di tempat-tempat seperti pembangkit listrik dan pertukaran telepon, jenis sel timbal-asam yang lebih disukai adalah jenis Planté. Bahan awal untuk pelat tubular adalah pengecoran setebal 6-10 mm dari lembaran timah kemurnian tinggi dengan banyak laminasi vertikal tipis. Luas permukaan dasar pelat tabung sangat ditingkatkan dengan konstruksi pipih, yang menghasilkan luas permukaan efektif yang 12 kali luas geometrisnya.
- Pelat kerucut adalah kisi-kisi timbal murni berbentuk lingkaran berbentuk lingkaran (ditangkupkan pada sudut 10°), pelat ditumpuk secara horizontal satu di atas yang lain dan terbuat dari timah murni. Ini dikembangkan oleh Bell Telephone Laboratories, AS.
- Pelat jelly roll adalah pelat kisi tipis kontinu yang terbuat dari paduan timah rendah timbal dengan ketebalan 0,6 hingga 0,9 mm yang memfasilitasi laju tinggi. Pelat direkatkan dengan oksida timbal, dipisahkan oleh alas kaca penyerap, dan dililit secara spiral untuk membentuk elemen sel dasar.
- Pelat bipolar: Pelat ini memiliki lembaran konduktor pusat yang terbuat dari logam atau polimer konduktor dan memiliki bahan aktif positif di satu sisi dan bahan negatif di sisi lain. Pelat tersebut ditumpuk sedemikian rupa sehingga bahan aktif polaritas berlawanan saling berhadapan dengan pemisah di antara mereka., untuk mendapatkan tegangan yang diperlukan.
- Di sini koneksi antar sel yang terpisah dihilangkan, sehingga mengurangi resistansi internal. Dapat dicatat bahwa pelat ekstrem dalam baterai bipolar selalu bertipe mono-polar, baik positif maupun negatif
2. Perbedaan - Baterai berbentuk tabung vs baterai pelat datar
Baterai pelat datar dimaksudkan untuk debit arus tinggi, durasi pendek seperti pada baterai mobil dan baterai starter set DG. Mereka biasanya memiliki umur 4 hingga 5 tahun dan akhir masa pakainya terutama disebabkan oleh korosi pada kisi-kisi positif, yang mengakibatkan hilangnya kontak antara kisi-kisi dan bahan aktif dan penumpahan berikutnya.
Manakah yang lebih baik baterai berbentuk tabung atau pelat datar?
Pelat tubular kuat dan karenanya memiliki masa pakai sekitar 10 hingga 15 tahun dalam operasi pelampung. Mereka juga cocok untuk tugas siklik dan menawarkan masa pakai siklus tertinggi. Bahan aktif terkandung dalam ruang annular antara tulang belakang dan pemegang oksida. Ini membatasi stres karena perubahan volume yang terjadi ketika sel-sel disikluskan.
Akhir kehidupan lagi-lagi karena korosi duri dan hilangnya kontak antara duri dan bahan aktif. Namun, area kontak antara tulang belakang dan massa aktif berkurang dalam konstruksi seperti itu dan karenanya di bawah aliran arus yang deras, kerapatan arus yang lebih tinggi menghasilkan pemanasan lokal yang menyebabkan pecahnya tabung dan retak pada lapisan korosi.
Sel plat Planté memiliki masa hidup paling lama, tetapi kapasitasnya buruk dibandingkan dengan jenis lainnya. Tetapi sel-sel ini menawarkan keandalan tertinggi dan umur float terpanjang. Biayanya juga lebih tinggi, tetapi jika diperkirakan selama masa pakainya, sebenarnya lebih rendah dibandingkan dengan sel tipe stasioner lainnya. Alasan untuk masa pakai yang lebih lama adalah karena permukaan pelat positif terus diregenerasi tanpa kehilangan kapasitas selama masa pakainya.
Sel pelat kerucut dirancang khusus oleh Lucent Technologies (sebelumnya AT&T Bell Laboratories) untuk masa pakai yang sangat lama lebih dari 30 tahun. Data korosi 23 tahun terakhir memproyeksikan umur 68 hingga 69 tahun untuk baterai semacam itu.
Desain jelly roll cocok untuk produksi massal karena karakteristik mekanik dan listrik yang sangat baik. Konstruksi jelly-roll (elektroda spiral-wound) dalam wadah silinder dapat mempertahankan tekanan internal yang lebih tinggi tanpa deformasi dan dapat dirancang untuk memiliki tekanan pelepasan yang lebih tinggi
daripada sel prismatik. Hal ini disebabkan wadah logam luar yang digunakan untuk mencegah deformasi kotak plastik pada suhu yang lebih tinggi dan tekanan sel internal. Kisaran tekanan ventilasi mungkin setinggi 170 kPa hingga 275 kPa (25 hingga 40 psi » 1,7 hingga 2,75 bar) untuk sel berselubung logam yang dililit secara spiral hingga 7 kPa hingga 14 kPa (1 hingga 2 psi » 0,07 hingga 0,14 bar ) untuk baterai prismatik besar.
Baterai pelat bipolar
Dalam desain pelat bipolar, ada bahan konduktor elektronik pusat (baik lembaran logam atau lembaran polimer konduktor) di satu sisi yang merupakan bahan aktif positif dan sisi lainnya merupakan bahan aktif negatif. Di sini koneksi antar sel yang terpisah dihilangkan, sehingga mengurangi resistansi internal. Perlu dicatat bahwa pelat ekstrem dalam sel ujung bipolar selalu bertipe mono-polar, baik positif maupun negatif.
Baterai ini memiliki
- Energi spesifik yang lebih tinggi dan kepadatan energi yang lebih tinggi (yaitu, volume 40% lebih sedikit atau 60% ukuran baterai timbal-asam biasa, berat 30% lebih sedikit atau 70% massa baterai timbal-asam biasa.
- Gandakan siklus hidup
- Setengah dari jumlah timbal dibutuhkan dan bahan lainnya juga dikurangi.
3. Mengapa baterai berbentuk tabung?
Baterai pelat tubular digunakan terutama di mana ada persyaratan umur panjang dengan kapasitas lebih tinggi. Mereka terutama digunakan dalam aplikasi siaga di bursa telepon dan pabrik besar untuk truk penanganan material, traktor, kendaraan pertambangan, dan, sampai batas tertentu, kereta golf.
Saat ini, baterai ini ditemukan di mana-mana di setiap rumah tangga untuk aplikasi inverter-UPS.
Pelat tipe ekstra tinggi (setinggi 1 meter dan lebih) digunakan dalam baterai kapal selam untuk menyediakan daya saat kapal selam tenggelam. Ini memberikan kekuatan diam. Kapasitas bervariasi dari 5.000 hingga 22.000 Ah. Sel-sel bawah laut memiliki pompa udara yang dimasukkan ke dalamnya untuk meniadakan stratifikasi asam elektrolit untuk sel setinggi 1 hingga 1,4 m.
Baterai timbal-asam yang diatur katup pelat tabung elektrolit gel banyak digunakan dalam sistem energi tak terbarukan seperti aplikasi surya.
Baterai EV pelat tubular tipis untuk van dan bus menemukan aplikasi di bidang EV dan mampu menghasilkan 800 hingga 1500 siklus tergantung pada ketebalan tulang belakang dan energi spesifik.
Tabel berikut mengilustrasikan hubungan antara ketebalan tulang belakang, pitch pelat, kerapatan elektrolit, energi spesifik, dan jumlah siklus hidup.
| Diameter tabung mm --> | 7.5 | 6.1 | 4.9 |
|---|---|---|---|
| Densitas Elektrolit (Kg/Liter) | 1.280 | 1.300 | 1.320 |
| Jumlah duri | 19 | 24 | 30 |
| Pitch pelat berbentuk tabung | 15.9 | 13.5 | 11.4 |
| Ketebalan tulang belakang | 3.2 | 2.3 | 1.85 |
| Energi spesifik (Wh per kg) pada laju 5 jam | 28 | 36 | 40 |
| Siklus hidup | 1500 | 1000 | 800 |
Referensi: KD Merz, J. Sumber Daya, 73 (1998) 146-151.
4. Bagaimana cara membuat pelat baterai berbentuk tabung?
Tas berbentuk tabung
Pelat tubular awal dibangun dengan cincin individu oleh Phillipart dan dengan tas tubular oleh Woodward dilaporkan pada tahun 1890-1900 dan penggunaan tabung karet berlubang (Exide Ironclad) dikembangkan oleh Smith pada tahun 1910.
Perakitan tabung individu ke duri dipraktekkan sebelumnya dan ini adalah operasi yang lebih lambat daripada memasukkan grid lengkap ke dalam desain multi-tabung. Selain itu, ikatan fisik antara tabung individu dari multi-tabung memberikan kekakuan yang lebih besar selama operasi unit pengisian. Membungkuknya duri karena gerakan lateral dihilangkan. Inilah alasan mengapa produsen baterai lebih suka menggunakan sarung tangan multi-tabung PT Bags.
Persiapan tabung. Saat ini multi-tabung atau Tas PT (sarung tangan) diproduksi dari kaca tahan kimia atau serat organik (poliester, polipropilen, kopolimer akrilonitril, dll.) dengan metode tenun, jalinan atau kempa.
Pada hari-hari awal multi-tabung, kain tenun horizontal dalam benang kopolimer vinil klorida dan vinil asetat digunakan. Dua lapis kain dilewatkan di kedua sisi deretan pembentuk silinder (mandrel) dan jahitan antara pembentuk yang berdekatan dilas dengan panas.
Tetapi vinil asetat mengalami degenerasi untuk melepaskan asam asetat yang, pada gilirannya, mengakibatkan korosi tulang belakang dan kegagalan baterai dini. Selanjutnya, penyegelan panas harus dikontrol dan diukur. Jika tekanan penyegelan melebihi batas, jahitannya menjadi lemah dan segera lapisan-lapisan itu terpisah dalam pelayanan. Sebaliknya, jika tekanan penyegelan terlalu berat, penyegelan itu baik tetapi jahitannya yang sebenarnya tipis dan segera lepas saat digunakan.
Meskipun hal ini tidak menyebabkan masalah yang serius dalam servis, ada kecenderungan jahitan terpisah selama operasi awal penanganan dan pengisian dan bagian tengah pelat tabung cenderung melengkung, yang menimbulkan masalah pada unit operasi berikutnya, misalnya, terkadang ada kesulitan dalam memasukkan pelat ke dalam wadah sel karena pelat yang terlalu besar.
Berbagai metode dicoba untuk menggantikan penyegelan panas, seperti teknik tenun komposit di mana tabung dijalin dalam satu operasi dengan filamen silang antar tabung untuk membentuk jahitan yang tidak terpisahkan. Modem multi-tabung menggunakan penyegelan panas atau jahitan dengan filamen poliester yang ditenun menjadi kain atau kain poliester bukan tenunan.
Daya tarik kain bukan tenunan terletak pada kenyataan bahwa biaya pembuatannya lebih rendah karena biaya bahan dasar yang lebih rendah melalui penghapusan proses tenun. Namun, untuk mencapai urutan kekuatan ledakan yang sama, tabung bukan tenunan harus lebih tebal daripada rekan tenunannya. Hal ini mengurangi baik volume kerja elektrolit (karena bahan tabung nonwoven volume yang lebih besar). Volume bahan aktif di dalam tabung juga berkurang, yang, pada gilirannya, mengurangi sedikit kapasitas sel.
Pelat tubular yang sangat baik dapat dibuat dengan tabung individual atau multi-tabung yang disediakan
benang yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah benang yang tidak mudah terdenaturasi saat digunakan. Baik filamen kaca dan poliester yang diformulasikan secara khusus memenuhi persyaratan ini.
Baterai pelat berbentuk tabung baik diam dalam aplikasi atau di rolling stock, biasanya terisi mengambang pada tegangan 2,2 hingga 2,30 volt per sel, tergantung pada berat jenis elektrolit. Contohnya adalah baterai inverter/UPS umum, baterai telepon dan sel penerangan kereta api dan AC (sel TL & AC).
Mesin pengisian pelat berbentuk tabung
Dalam pelat berbentuk tabung, serangkaian duri dengan ketebalan yang sesuai dari paduan timah dihubungkan ke bar bus atas, baik secara manual atau menggunakan mesin die-casting bertekanan. Duri dimasukkan ke dalam kantong berbentuk tabung dan ruang antara duri dan kantong PT (juga disebut oksida-pemegang) diisi dengan baik oksida kering atau pasta thixotropic basah. Duri disimpan di posisi tengah dengan tonjolan seperti bintang yang disediakan di duri. Tas PT selalu dibuat dari serat poliester yang ditenun atau dikempa. Pelat berbentuk tabung yang disiapkan selanjutnya diasamkan, diawetkan/dikeringkan dan dibentuk tangki atau tabung dengan kerapatan elektrolit yang sesuai.
Oksida pengisi dapat memiliki komposisi apa pun: hanya oksida abu-abu, oksida abu-abu, dan timbal merah (juga disebut “minium”) dalam berbagai proporsi.
Manfaat memiliki timbal merah dalam campuran positif adalah bahwa waktu pembentukan berkurang secara proporsional dengan persentase timbal merah yang dikandungnya. Ini karena timbal merah sudah mengandung sekitar sepertiga timbal dioksida, sisanya adalah timbal monoksida. Artinya, timbal merah Pb3O4 = 2PbO + PbO2.
Sebagai alternatif, pelat tabung yang diisi dapat langsung dirakit, setelah menghilangkan partikel oksida lepas yang menempel pada tabung di luar, ke dalam sel dan baterai dan dibentuk tabung.
Plat negatif dibuat seperti biasa dengan mengikuti praktek pembuatan plat datar. Ekspandernya sama, tetapi jumlah “blanc fixe” lebih banyak dibandingkan dengan pasta otomotif. Pelat tabung dikeringkan dalam oven pengawetan selama sekitar 2 sampai 3 hari, setelah melewati terowongan pengeringan yang dipanaskan dengan listrik atau gas untuk menghilangkan kelembaban permukaan, sehingga pelat tidak saling menempel selama proses penanganan berikutnya.
Perbedaan dalam berat jenis pengisian awal asam untuk acar dan tidak diasamkan muncul dari fakta bahwa yang pertama mengandung lebih banyak asam sehingga berat jenis yang lebih rendah dipilih untuk baterai pelat tabung acar, biasanya sekitar 20 poin lebih rendah. Berat jenis akhir elektrolit adalah 1,240 ± 0,010 pada 27°C.
Semakin tinggi berat jenis elektrolit, semakin banyak kapasitas yang dapat diperoleh dari baterai ini, tetapi masa pakainya akan terpengaruh.
Atau, pelat tabung dapat dibentuk tangki, dikeringkan dan dirakit dan diisi seperti biasa.
5. Berbagai jenis pelat Tubular
Sebagian besar produsen baterai menggunakan tabung silinder untuk membuat pelat dan baterai berbentuk tabung. Bahkan dalam hal ini diameter tabung dan akibatnya, diameter duri dapat bervariasi dari sekitar 8 mm hingga 4,5 mm.
Namun, tabung juga bisa berbentuk oval atau datar atau persegi atau persegi panjang. Struktur dasarnya sama dengan cikal bakal pelat tubular silinder (seperti yang ditunjukkan di atas).
7. Keuntungan menggunakan pelat Tubular
Pelat berbentuk tabung sangat terkenal karena umurnya yang panjang karena tidak adanya pelepasan bahan aktif. Bahan aktif dipegang oleh kantong tubular dan karenanya kepadatan pengepakan yang lebih rendah dapat digunakan untuk memaksimalkan koefisien penggunaan. Porositas yang lebih tinggi sehingga dihasilkan juga dapat membantu dalam menggunakan bahan yang lebih aktif dalam proses produksi energi. Semakin tebal tulang belakang, semakin banyak siklus hidup yang dapat diperoleh dari pelat tubular tersebut.
Jumlah siklus hidup berkisar antara 1000 hingga 2000 siklus tergantung pada ketebalan pelat. Semakin tebal pelat tubular, semakin banyak jumlah siklus yang mereka berikan. Dikatakan bahwa pelat tabung dapat menawarkan dua kali jumlah siklus hidup bila dibandingkan dengan pelat datar dengan ketebalan yang sama.
8. Bagaimana masa pakai baterai ditingkatkan dengan menggunakan pelat Tubular?
Seperti dibahas di atas, masa pakai baterai pelat tabung lebih tinggi daripada baterai pelat datar. Kalimat-kalimat berikut menjelaskan alasan umur baterai pelat tabung yang lebih lama. Yang paling penting, bahan aktif dipegang secara kaku oleh tabung pemegang oksida, sehingga mencegah pelepasan bahan, yang merupakan alasan utama kegagalan baterai. Juga, dalam perjalanan waktu, duri mendapatkan penutup pelindung dari timbal dioksida yang membantu mengurangi laju korosi duri. Korosi sederhana, konversi tulang belakang paduan timbal menjadi timbal dioksida.
Paduan timbal dan timbal secara termodinamika tidak stabil di bawah potensi anodik tinggi lebih dari 1,7 hingga 2,0 volt dan di bawah atmosfer asam sulfat yang korosif cenderung terkorosi dan diubah menjadi PbO2.
Setiap kali sel diisi pada tegangan yang jauh dari tegangan rangkaian terbuka (OCV) di sisi yang lebih tinggi, oksigen dihasilkan sebagai hasil disosiasi elektrolitik air dan oksigen terbentuk pada permukaan pelat tabung positif dan memiliki untuk menyebar ke tulang belakang untuk menimbulkan korosi. Karena ada lapisan tebal bahan aktif positif (PAM) yang mengelilingi duri, oksigen harus bergerak dari permukaan dengan jarak yang jauh sehingga laju korosi cenderung berkurang. Ini membantu dalam memperpanjang umur sel pelat tubular.
9. Aplikasi baterai apa yang idealnya menggunakan pelat baterai berbentuk tabung?
Pelat berbentuk tabung digunakan terutama untuk baterai siklus panjang berkapasitas tinggi seperti pada kendaraan angkut industri (forklift, mobil listrik, dll.). Ini juga digunakan dalam baterai OPzS untuk aplikasi penyimpanan energi seperti Sistem Penyimpanan Energi Baterai (BESS), di mana kapasitas sel dapat mencapai 11000 Ah dan 200 hingga 500 kWh dan hingga 20 MWh.
Aplikasi umum untuk BESS adalah untuk Pencukuran puncak, Kontrol frekuensi, Cadangan berputar, perataan beban, Daya darurat, dll
Saat ini, setiap rumah tangga di beberapa negara memiliki setidaknya satu baterai pelat tabung untuk aplikasi inverter-UPS. Belum lagi beberapa perusahaan komersial, misalnya, pusat penjelajahan, yang membutuhkan pasokan energi secara terus-menerus.
Baru-baru ini, baterai timbal-asam yang diatur katup pelat berbentuk gel banyak digunakan dalam sistem energi tak terbarukan seperti aplikasi surya. Di sini jenis gel adalah yang paling cocok.
EV yang membutuhkan 800 siklus dengan energi spesifik 40 Wh/kg paling baik menggunakan baterai EV berbentuk tabung tipis. Rentang kapasitas yang tersedia adalah 200Ah hingga 1000Ah dengan kecepatan 5 jam.
10. Fitur teknis penting dari baterai pelat tubular
Fitur teknis yang paling penting dari baterai pelat tubular adalah kemampuannya untuk mempertahankan bahan aktif sepanjang masa pakainya tanpa proses pelepasan yang terjadi dalam jalur normal dan dengan demikian meletakkan dasar untuk masa pakai yang lama.
Baterai yang menggunakan pelat tersebut memiliki umur panjang 15-20 tahun dalam aplikasi stasioner di bawah kondisi pengisian daya mengambang, seperti pertukaran telepon, penyimpanan energi. Untuk operasi siklik (seperti baterai traksi), baterai dapat menghasilkan 800 hingga 1500 siklus tergantung pada output energi per siklus. Semakin rendah output energi per siklus, semakin tinggi masa pakainya.
Pelat tubular paling cocok untuk aplikasi surya dalam versi yang diatur katup elektrolit gel tanpa masalah stratifikasi dalam elektrolit. Karena tidak memerlukan pengisian berkala dengan air yang disetujui dan karena tidak ada gas berbahaya yang keluar dari sel ini, sel ini sangat cocok untuk aplikasi surya.
11. Kesimpulan
Dari sumber daya elektrokimia yang digunakan saat ini, baterai timbal-asam melebihi semua sistem lain yang dipertimbangkan secara individual. Dalam baterai timbal-asam, baterai otomotif yang ada di mana-mana memimpin tim. Berikutnya adalah baterai industri pelat tubular. Baterai otomotif memiliki kapasitas berkisar antara 33 Ah hingga 180 Ah, semuanya dalam wadah monoblok, tetapi jenis lainnya memiliki kapasitas 45 Ah hingga ribuan Ah.
Baterai pelat tubular berkapasitas kecil (hingga 200 Ah) dirakit dalam monoblok dan sel 2v berkapasitas besar dalam wadah tunggal dan dihubungkan secara seri dan paralel. Baterai pelat tubular berkapasitas besar digunakan sebagai sumber daya stasioner dalam pertukaran telepon, tempat penyimpanan energi, dll. Baterai traksi memiliki beberapa aplikasi seperti truk penanganan material, truk forklift, kereta Golf, dll.
