Plat tiub: bateri tiub tinggi vs bateri plat rata
1. Apakah bateri plat tiub
Pengenalan kepada bateri
Terdapat beberapa jenis sumber kuasa elektrokimia (juga dikenali sebagai sel galvanik, sel volta atau bateri). Bateri ditakrifkan sebagai peranti elektrokimia yang menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik dan sebaliknya. Subjek bateri berada di bawah elektrokimia , yang ditakrifkan secara ringkas sebagai subjek yang berkaitan dengan pertukaran antara tenaga kimia dan tenaga elektrik. Dalam artikel ini kita akan membincangkan lebih terperinci mengenai plat tiub dan plat separa tiub.
Sel-sel ini menghasilkan tenaga elektrik melalui tindak balas pengurangan pengoksidaan spontan (tindak balas redoks) yang melibatkan bahan kimia dalam elektrod positif, negatif dan elektrolit, yang berlaku dalam setiap elektrod, dipanggil sel separuh. Tenaga kimia dalam bahan aktif ditukar kepada tenaga elektrik. Elektron yang dihasilkan dalam tindak balas pengurangan melalui litar luar yang menghubungkan dua separuh sel, dengan itu menghasilkan arus elektrik. Tindak balas pengoksidaan berlaku dengan melepaskan elektron daripada bahan anod (kebanyakannya logam) dan tindak balas pengurangan berlaku apabila elektron mencapai katod (kebanyakannya oksida, klorida, oksigen dsb.) melalui litar luar. Litar dilengkapkan melalui elektrolit.
Sistem bateri asid plumbum:
Apabila litar luar ditutup, elektron mula bergerak dari kutub negatif akibat daripada tindak balas yang menukar (mengoksidakan secara elektrokimia) plumbum (Pb) kepada ion plumbum divalen (Pb2+). (Ion terakhir bertindak balas dengan molekul sulfat untuk membentuk plumbum sulfat (PbSO4) di dalam sel). Elektron ini bergerak melalui litar luar dan mencapai plat positif di mana ia menukar plumbum dioksida kepada plumbum sulfat iaitu, plumbum dioksida dikurangkan secara elektrokimia kepada plumbum sulfat akibat daripada ion Pb4+ ditukar kepada ion Pb2+ dalam PbSO4.
Teknologi bateri plat tiub
Reaksi keseluruhan sel ditulis sebagai:
Caj PbO2 + Pb + 2PbSO4 ↔ Nyahcas 2PbSO4 + 2H2O
Kita dapat melihat bahawa valensi plumbum (Pb ° ) meningkat kepada Pb 2+ , dengan melepaskan 2 elektron semasa nyahcas. Peningkatan valensi ini dipanggil pengoksidaan dalam terminologi elektrokimia.
Dalam arah lain, valensi plumbum dalam plumbum dioksida (Pb mempunyai 4 valensi dalam plumbum dioksida) dikurangkan kepada 2 +
dengan menyerap dua elektron yang datang daripada tindak balas pengoksidaan. Penurunan valensi ini dipanggil pengurangan dalam istilah elektrokimia.
Istilah ini juga boleh diterangkan oleh perubahan dalam potensi elektrod individu sel semasa nyahcas. Potensi (voltan) elektrod plumbum (anod semasa nyahcas) meningkat dengan beralih kepada nilai yang lebih positif semasa nyahcas. Peningkatan nilai potensi ini dipanggil pengoksidaan. Oleh itu potensi plat negatif plumbum dalam sel asid plumbum berubah daripada kira-kira -0.35 kepada kira-kira -0.20 volt. Ini adalah peningkatan potensi. Oleh itu tindak balas ini dipanggil secara anodik.
Sebaliknya, potensi elektrod plumbum dioksida (katod semasa nyahcas) berkurangan dengan bergerak ke arah sisi negatif, iaitu, nilai menjadi lebih rendah dan lebih rendah apabila nyahcas berterusan. Potensi plat positif plumbum dioksida dalam sel asid plumbum berubah daripada kira-kira 1.69 kepada kira-kira 1.5 volt. Ini adalah penurunan potensi. Oleh itu tindak balas ini dinamakan sifat katodik dan kami katakan pengurangan berlaku pada plat positif semasa pelepasan.
Pengurangan voltan kerja semasa nyahcas ini timbul disebabkan oleh apa yang dipanggil polarisasi, disebabkan oleh gabungan voltan lampau, η, dan rintangan dalaman, yang berlaku pada kedua-dua elektrod. Ringkasnya, voltan lampau ialah perbezaan dalam OCV dan voltan operasi.
Oleh itu, semasa pelepasan, E disch = EOCV – ηPOS – ηNEG – IR.
Tetapi, untuk tindak balas pengecasan E Ch = EOCV + ηPOS + ηNEG + IR.
IR merujuk kepada rintangan dalaman yang ditawarkan oleh bahan di dalam sel seperti elektrolit, bahan aktif dll. IR bergantung kepada reka bentuk sel, iaitu pemisah yang digunakan, padang antara plat, parameter dalaman bahan aktif (saiz zarah, luas permukaan, keliangan, dll), suhu dan jumlah PbSO4 dalam bahan aktif. Ia boleh dibentangkan sebagai jumlah beberapa rintangan yang ditawarkan oleh plumbum atas, jisim aktif dan lapisan kakisan, elektrolit, pemisah dan polarisasi bahan aktif.
Tiga faktor pertama dipengaruhi oleh reka bentuk sel. Tiada pernyataan umum boleh dibuat tentang nilai polarisasi, tetapi ia biasanya dalam magnitud yang sama dengan rintangan awal yang ditawarkan oleh petunjuk atas. Plat yang lebih panjang mempunyai lebih banyak IR. Ia boleh ditentukan dari cerun bahagian awal lengkung nyahcas. Untuk reka bentuk yang sama, sel dengan kapasiti yang lebih tinggi akan mempunyai rintangan dalaman yang lebih rendah. Rintangan dalaman bagi VRLAB 12V/28Ah ialah 6 mΩ, manakala bagi bateri berkapasiti rendah (12V/ 7Ah) ialah 20 hingga 23 mΩ.
Pada nilai η yang sangat rendah, hubungan antara η dan arus, I, mengambil bentuk hukum Ohm dan persamaan yang dirujuk di atas dipermudahkan sebagai
Edisch = EOCV – IR.
ECh = EOCV + IR.
Perbincangan di atas berkaitan dengan tindak balas pelepasan sel asid plumbum.
Fenomena yang bertentangan berlaku semasa tindak balas cas sel asid plumbum.
Dalam kes bateri primer, elektrod positif biasanya dipanggil katod manakala elektrod negatif dipanggil anod, dan ini tidak jelas kerana hanya nyahcas berlaku.
Oleh itu elektrod plumbum yang bertindak sebagai anod bertindak sebagai katod semasa tindak balas pengecasan dan elektrod plumbum dioksida yang bertindak sebagai katod kini bertindak sebagai anod. Untuk mengelakkan kekaburan, kami hanya menggunakan elektrod atau plat positif dan negatif dalam sel sekunder.
Untuk menggambarkan cara ini berfungsi dalam amalan, rajah berikut menunjukkan beberapa lengkung hipotetikal untuk nyahcas dan cas bateri asid plumbum.
Jelas dilihat bahawa voltan nyahcas praktikal terletak di bawah voltan litar terbuka 2.05V, dan voltan cas praktikal terletak di atas nilai ini. Sisihan daripada η ialah ukuran pengaruh gabungan rintangan dalaman sel dan kehilangan polarisasi. Apabila arus nyahcas atau cas dinaikkan, nilai η menjadi lebih besar, mengikut persamaan yang diberikan di atas.
Rajah 2 Perubahan voltan plat & sel semasa nyahcas contoh yang diambil ialah sel asid plumbum
Untuk meringkaskan tindak balas:
Plumbum, bahan aktif negatif:
Semasa nyahcas: Pb → Pb2+ + 2e-
Semasa cas: Pb2+ → Pb (iaitu, PbSO4 → Pb)
Plumbum dioksida, bahan aktif positif:
Semasa nyahcas: Pb4+ → Pb2+ (PbO2 → PbSO4)
Semasa cas: Pb2+ → PbO2 (iaitu, PbSO4 → PbO2)
Oleh kerana kedua-dua bahan elektrod ditukar kepada plumbum sulfat, tindak balas ini diberi nama “teori sulfat berganda” oleh Gladstone dan Tribe pada tahun 1882.
Klasifikasi bateri
Bergantung kepada sifat tindak balas elektrokimia yang berlaku dalam sel ini, ia boleh dikelaskan kepada
- Bateri utama
- Sekunder (atau bateri simpanan atau penumpuk)
- Sel bahan api
Pada awalnya, adalah lebih baik untuk memahami perbezaan antara jenis ini. Dalam bateri primer, tindak balas elektrokimia tidak boleh diterbalikkan, manakala, sel sekunder dikenali dengan kebolehbalikan tindak balas mereka. Sel bahan api juga merupakan sel primer, tetapi perbezaan antara sel bahan api dan sel primer ialah bahan tindak balas disimpan di luar bekas sel, manakala dalam sel primer bahan tindak balas terdapat di dalam sel.
- Dalam sel primer (cth, sel perak-oksida-zink yang digunakan dalam jam tangan, sel MnO2- Zn yang digunakan untuk obor denyar dan alat kawalan jauh untuk unit AC, TV, dll) termasuk dalam kategori ini, Dalam sel ini, tindak balas boleh diteruskan hanya dalam satu arah dan kita tidak boleh membalikkan tindak balas dengan menghantar elektrik ke arah yang bertentangan.
- Sebaliknya, panggilan kedua dikenali dengan kebolehbalikan tindak balas penghasil tenaga. Selepas nyahcas, jika kita menghantar arus terus ke arah yang bertentangan, bahan tindak balas asal dijana semula daripada produk tindak balas. Contoh untuk bateri jenis ini ialah bateri asid plumbum, bateri Li-ion, bateri Ni-Cd (sebenarnya bateri NiOOH-Cd), bateri Ni-Fe, bateri Ni-MH, untuk menyebut bateri sekunder yang paling biasa.
- Untuk menghuraikan konsep keterbalikan, plumbum dioksida (PbO2) dalam elektrod positif (biasa dipanggil “plat”) dan plumbum (Pb) dalam plat negatif sel asid plumbum, kedua-duanya ditukar kepada plumbum sulfat (PbSO4) apabila kedua-duanya bahan bertindak balas dengan elektrolit, asid sulfurik cair, semasa tindak balas penghasilan tenaga. Ini diwakili oleh ahli elektrokimia seperti berikut:
- Caj PbO2 + Pb + 2PbSO4 ↔ Nyahcas 2PbSO4 + 2H2O
- Sel bahan api juga merupakan sel primer, tetapi bahan tindak balasnya disuap dari luar. Elektrod sel bahan api adalah lengai kerana ia tidak digunakan semasa tindak balas sel, tetapi hanya membantu dalam pengaliran elektronik dan mempunyai kesan elektrokatalitik. Sifat-sifat terakhir membolehkan pengurangan elektro atau elektro-pengoksidaan bahan tindak balas (bahan aktif).
- Bahan aktif anod yang digunakan dalam sel bahan api biasanya adalah bahan api gas atau cecair seperti hidrogen, metanol, hidrokarbon, gas asli (bahan yang kaya dengan hidrogen dipanggil bahan api) yang dimasukkan ke dalam bahagian anod sel bahan api. Memandangkan bahan-bahan ini adalah seperti bahan api konvensional yang digunakan dalam enjin haba, istilah ”sel bahan api” telah membuktikan dirinya untuk menggambarkan jenis sel sedemikian. Oksigen, kebanyakannya selalunya udara, adalah oksidan utama dan dimasukkan ke dalam katod.
Sel bahan api
-
Secara teori, sel bahan api H2/O2 tunggal boleh menghasilkan 1.23 V pada keadaan ambien.
Tindak balasnya ialah: H2 + ½ O2 → H2O atau 2H2 + O2 → 2H2O E° = 1.23 V
Secara praktikal, bagaimanapun, sel bahan api menghasilkan keluaran voltan berguna yang jauh daripada voltan teori 1.23 V dan akibatnya, sel bahan api umumnya beroperasi antara 0.5 dan 0.9 V. Kehilangan atau pengurangan voltan daripada nilai teori dirujuk sebagai ”polarisasi,” istilah dan fenomena yang digunakan untuk semua bateri pada tahap yang berbeza.
Bateri asid plumbum
Dalam pengeluaran bateri asid plumbum, pelbagai elektrod positif (atau seperti biasa dipanggil, “plat”) digunakan:
Mereka ialah:
a. Plat rata atau plat grid atau plat tampal atau jenis kekisi atau plat Fauré (ketebalan 1.3 hingga 4.0 mm)
b. Plat tiub (diameter dalam ~ 4.9 hingga 7.5 mm)
c. Plat planté (6 hingga 10 mm)
d. Plat kon
e. Plat gulung jeli (0.6 hingga 0.9 mm)
f. Plat bipolar
- Daripada jumlah ini, jenis plat rata yang pertama disebut adalah yang paling banyak digunakan; walaupun ia boleh membekalkan arus deras untuk tempoh yang singkat (contohnya, memulakan kereta atau set DG), ia mempunyai hayat yang lebih pendek. Di sini, jenis kekisi pengumpul arus segi empat tepat diisi dengan pes yang diperbuat daripada campuran plumbum-oksida, air dan asid sulfurik, dikeringkan dan dibentuk dengan teliti. Kedua-dua plat positif dan negatif dibuat dengan cara yang sama, kecuali perbezaan dalam bahan tambahan. Kerana nipis, bateri yang diperbuat daripada plat sedemikian boleh membekalkan arus yang sangat tinggi yang diperlukan untuk memulakan kereta. Jangka hayat adalah 4 hingga 5 tahun dalam permohonan sedemikian. Sebelum kemunculan susunan alternator-rectifier, hayatnya lebih pendek.
- Plat tiub: Jenis plat seterusnya yang digunakan secara meluas ialah plat tiub yang mempunyai hayat lebih lama, tetapi tidak dapat membekalkan letupan arus seperti dalam jenis bateri plat rata. Kami membincangkan plat tiub secara terperinci di bawah.
- Untuk jangka hayat yang panjang dengan keperluan kebolehpercayaan yang paling ketat di tempat seperti stesen janakuasa dan pertukaran telefon, jenis sel asid plumbum yang diutamakan ialah jenis Planté. Bahan permulaan untuk plat tiub adalah kira-kira 6-10 mm tebal tuangan kepingan plumbum ketulenan tinggi dengan banyak laminasi menegak nipis. Luas permukaan asas plat tiub dipertingkatkan dengan ketara oleh pembinaan lamelar, yang menghasilkan luas permukaan yang berkesan iaitu 12 kali ganda daripada luas geometrinya.
- Plat kon ialah grid plumbum tulen berbentuk bulat jenis kekisi (dibekam pada sudut 10°), plat disusun secara mendatar satu di atas yang lain dan diperbuat daripada plumbum tulen. Ini telah dibangunkan oleh Bell Telephone Laboratories, Amerika Syarikat.
- Plat gulung jeli ialah plat grid berterusan nipis yang diperbuat daripada aloi timah plumbum rendah dengan ketebalan 0.6 hingga 0.9 mm yang memudahkan kadar yang tinggi. Plat ditampal dengan oksida plumbum, dipisahkan oleh tikar kaca penyerap, dan dililit secara berpusar untuk membentuk unsur sel asas.
- Plat bipolar: Plat ini mempunyai lembaran pengalir pusat yang diperbuat sama ada daripada logam atau polimer pengalir dan mempunyai bahan aktif positif pada satu bahagian dan bahan negatif pada bahagian yang lain. Plat sedemikian disusun sedemikian rupa sehingga bahan aktif kekutuban yang bertentangan berhadapan antara satu sama lain dengan pemisah di antara mereka., untuk mendapatkan voltan yang diperlukan.
- Di sini sambungan antara sel yang berasingan dihapuskan, dengan itu mengurangkan rintangan dalaman. Perlu diperhatikan bahawa plat ekstrem dalam bateri bipolar sentiasa daripada jenis mono-polar, sama ada positif atau negatif
2. Perbezaan - Bateri tiub vs bateri plat rata
Bateri plat rata bertujuan untuk pelepasan arus tinggi, jangka pendek seperti pada bateri permulaan set DG dan kereta. Mereka biasanya mempunyai hayat 4 hingga 5 tahun dan akhir hayat adalah terutamanya disebabkan oleh kakisan grid positif, mengakibatkan kehilangan sentuhan antara grid dan bahan aktif dan penumpahan berikutnya.
Manakah lebih baik bateri tiub atau plat rata?
Plat tiub adalah teguh dan oleh itu mempunyai hayat kira-kira 10 hingga 15 tahun dalam operasi apungan. Ia juga sesuai untuk tugas kitaran dan menawarkan hayat kitaran tertinggi. Bahan aktif terkandung dalam ruang anulus antara tulang belakang dan pemegang oksida. Ini mengehadkan tekanan akibat perubahan volum yang berlaku apabila sel dikitar.
Akhir hayat sekali lagi disebabkan oleh kakisan tulang belakang dan kehilangan sentuhan antara duri dan bahan aktif. Walau bagaimanapun, kawasan sentuhan antara tulang belakang dan jisim aktif dikurangkan dalam pembinaan sedemikian dan oleh itu di bawah longkang arus deras, ketumpatan arus yang lebih tinggi mengakibatkan pemanasan setempat yang membawa kepada pecahnya tiub dan retak pada lapisan kakisan.
Sel plat planté mempunyai jangka hayat yang paling lama, tetapi kapasitinya lemah berbanding dengan jenis lain. Tetapi sel-sel ini menawarkan kebolehpercayaan tertinggi dan hayat apungan paling lama. Kos mereka juga lebih tinggi, tetapi jika dianggarkan sepanjang hayat ia sebenarnya lebih rendah berbanding dengan sel jenis pegun yang lain. Sebab untuk hayat lebih lama ialah permukaan plat positif dijana semula secara berterusan dengan hampir tiada kehilangan kapasiti sepanjang hayatnya.
Sel plat kon direka khas oleh Lucent Technologies (dahulunya AT&T Bell Laboratories) untuk jangka hayat yang sangat panjang melebihi 30 tahun. Data kakisan 23 tahun terkini memproyeksikan hayat 68 hingga 69 tahun untuk bateri sedemikian.
Reka bentuk jeli roll sesuai untuk pengeluaran besar-besaran kerana ciri mekanikal dan elektrik yang sangat baik. Pembinaan jeli-gulung (elektrod lilitan-luka) dalam bekas silinder boleh mengekalkan tekanan dalaman yang lebih tinggi tanpa ubah bentuk dan boleh direka bentuk untuk mempunyai tekanan pelepasan yang lebih tinggi
daripada sel prismatik. Ini disebabkan oleh bekas logam luar yang digunakan untuk mengelakkan ubah bentuk bekas plastik pada suhu yang lebih tinggi dan tekanan sel dalaman. Julat tekanan pengudaraan mungkin setinggi 170 kPa hingga 275 kPa (25 hingga 40 psi » 1.7 hingga 2.75 bar) untuk sel bersarung logam, dililit berpilin hingga 7 kPa hingga 14 kPa (1 hingga 2 psi » 0.07 hingga 0.14 bar ) untuk bateri prismatik yang besar.
Bateri plat bipolar
Dalam reka bentuk plat bipolar, terdapat bahan pengalir elektronik pusat (sama ada kepingan logam atau kepingan polimer pengalir) pada satu sisi yang merupakan bahan aktif positif dan satu lagi, bahan aktif negatif. Di sini sambungan antara sel yang berasingan dihapuskan, dengan itu mengurangkan rintangan dalaman. Perlu diingatkan bahawa plat ekstrem dalam sel hujung bipolar sentiasa daripada jenis mono-polar, sama ada positif atau negatif.
Bateri ini mempunyai
- Tenaga khusus yang lebih tinggi dan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi (iaitu, isipadu 40% kurang atau 60% saiz bateri asid plumbum biasa, berat 30% kurang atau 70% jisim bateri asid plumbum biasa.
- Gandakan hayat kitaran
- Separuh daripada plumbum diperlukan dan bahan lain juga dikurangkan.
3. Mengapa bateri tiub?
Bateri plat tiub digunakan terutamanya di mana terdapat keperluan jangka hayat yang panjang dengan kapasiti yang lebih tinggi. Ia digunakan terutamanya dalam aplikasi siap sedia dalam pertukaran telefon dan kilang besar untuk trak pengendalian bahan, traktor, kenderaan perlombongan, dan, sedikit sebanyak, kereta golf.
Pada masa kini, bateri ini terdapat di mana-mana dalam setiap isi rumah untuk aplikasi penyongsang-UPS.
Plat jenis lebih tinggi (setinggi 1 meter dan lebih) digunakan dalam bateri kapal selam untuk memberikan kuasa apabila kapal selam tenggelam. Ia memberikan kuasa senyap. Kapasiti berbeza dari 5,000 hingga 22,000 Ah. Sel-sel dasar laut mempunyai pam udara yang dimasukkan ke dalamnya untuk membatalkan stratifikasi asid elektrolit untuk sel setinggi 1 hingga 1.4 m.
Bateri asid plumbum terkawal injap elektrolit tiub elektrolit bergel digunakan secara meluas dalam sistem tenaga tidak boleh diperbaharui seperti aplikasi solar.
Bateri EV plat tiub nipis untuk van dan bas menemui aplikasi dalam medan EV dan mampu menyampaikan 800 hingga 1500 kitaran bergantung pada ketebalan tulang belakang dan tenaga khusus.
Jadual berikut menggambarkan hubungan antara ketebalan tulang belakang, pic plat, ketumpatan elektrolit, tenaga khusus dan bilangan kitaran hayat.
| Diameter Tiub mm --> | 7.5 | 6.1 | 4.9 |
|---|---|---|---|
| Ketumpatan Elektrolit (Kg/Liter) | 1.280 | 1.300 | 1.320 |
| Bilangan duri | 19 | 24 | 30 |
| Padang plat tiub | 15.9 | 13.5 | 11.4 |
| Ketebalan tulang belakang | 3.2 | 2.3 | 1.85 |
| Tenaga khusus (Wh per kg) pada kadar 5 jam | 28 | 36 | 40 |
| Kitaran hidup | 1500 | 1000 | 800 |
Rujukan: KD Merz, J. Power Sources, 73 (1998) 146-151.
4. Bagaimana untuk membuat plat bateri tiub?
Beg Tiub
Plat tiub awal telah dibina dengan cincin individu oleh Phillipart dan dengan beg tiub oleh Woodward telah dilaporkan pada tahun 1890-1900 dan penggunaan tiub getah berlubang (Exide Ironclad) telah dibangunkan oleh Smith pada tahun 1910.
Pemasangan tiub individu pada duri telah diamalkan lebih awal dan ini adalah operasi yang lebih perlahan daripada memasukkan grid lengkap ke dalam reka bentuk berbilang tiub. Selain itu, ikatan fizikal antara tiub individu tiub berbilang memberikan ketegaran yang lebih besar semasa operasi unit mengisi. Tundukan tulang belakang akibat pergerakan sisi dihapuskan. Inilah sebab mengapa pengeluar bateri lebih suka menggunakan sarung tangan berbilang tiub PT Bags.
Penyediaan tiub. Kini pelbagai tiub atau Beg PT (sarung tangan) dihasilkan daripada kaca tahan kimia atau gentian organik (poliester, polipropilena, kopolimer akrilonitril, dsb.) dengan kaedah tenunan, jalinan atau penempaan.
Pada hari-hari awal pelbagai tiub, kain tenunan mendatar dalam benang kopolimer vinil klorida dan vinil asetat telah digunakan. Dua lapisan kain disalurkan pada kedua-dua belah barisan bekas silinder (mandrel) dan jahitan antara bekas bersebelahan dikimpal haba.
Tetapi vinil asetat merosot untuk membebaskan asid asetik yang seterusnya mengakibatkan kakisan tulang belakang dan kegagalan bateri pramatang. Tambahan pula, pengedap haba perlu dikawal dan didimensi. Jika tekanan pengedap melebihi had, jahitannya lemah dan tidak lama kemudian lapisan tersebut dipisahkan dalam perkhidmatan. Sebaliknya, jika tekanan pengedap terlalu berat, pengedap itu baik tetapi jahitan sebenar adalah nipis dan tidak lama kemudian terurai semasa perkhidmatan.
Walaupun ini tidak menyebabkan masalah serius dalam perkhidmatan, terdapat kecenderungan untuk jahitan terpisah semasa operasi awal pengendalian dan pengisian dan bahagian tengah plat tiub cenderung untuk tunduk, yang menimbulkan masalah dalam operasi unit berikut, cth, kadangkala terdapat kesukaran untuk memasukkan pinggan ke dalam bekas sel kerana plat yang terlalu besar.
Pelbagai kaedah telah dicuba untuk menggantikan pengedap haba, seperti teknik tenunan komposit di mana tiub dianyam dalam satu operasi dengan filamen bersilang antara tiub untuk membentuk jahitan integral. Tiub berbilang modem menggunakan pengedap haba atau jahitan dengan filamen poliester yang ditenun ke dalam kain atau kain poliester bukan tenunan.
Daya tarikan kain bukan tenunan terletak pada hakikat bahawa kos pembuatan lebih rendah kerana kos bahan asas yang lebih rendah melalui penghapusan proses tenunan. Walau bagaimanapun, untuk mencapai susunan kekuatan pecah yang sama, tiub bukan tenunan mestilah lebih tebal daripada tenunan sejawatnya. Ini mengurangkan kedua-dua isipadu kerja elektrolit (disebabkan oleh bahan tiub bukan tenunan isipadu yang lebih besar). Isipadu bahan aktif dalam tiub juga dikurangkan, yang seterusnya, mengurangkan sedikit kapasiti sel.
Plat tiub yang sangat baik boleh dibuat dengan sama ada tiub individu atau tiub berbilang disediakan
benang yang digunakan dalam pembuatan tiub adalah benang yang tidak mudah terurai dalam perkhidmatan. Kedua-dua filamen kaca dan poliester yang dirumus khas memenuhi keperluan ini.
Bateri plat tiub sama ada pegun dalam aplikasi atau dalam stok gelendong, biasanya dicas apungan pada voltan 2.2 hingga 2.30 volt setiap sel, bergantung kepada graviti tentu elektrolit. Contohnya ialah bateri penyongsang/UPS biasa, bateri telefon dan sel lampu dan penyaman udara (sel TL & AC).
Mesin pengisian plat tiub
Dalam plat tiub, satu siri duri dengan ketebalan yang sesuai tuangan daripada aloi plumbum disambungkan ke bar bas atas, sama ada secara manual atau menggunakan mesin tuangan tekanan. Duri dimasukkan ke dalam beg tiub dan ruang antara duri dan beg PT (juga dipanggil pemegang oksida) diisi sama ada oksida kering atau pes thixotropic basah. Duri disimpan di kedudukan tengah oleh tonjolan seperti bintang yang disediakan di duri. Beg PT dibuat selalu daripada gentian poliester tenunan atau dirasa. Plat tiub yang disediakan sedemikian kemudiannya dijeruk, diawet/kering dan sama ada berbentuk tangki atau balang dengan ketumpatan elektrolit yang sesuai.
Oksida pengisi boleh mempunyai sebarang komposisi: hanya oksida kelabu, oksida kelabu dan plumbum merah (juga dipanggil “minium”) dalam perkadaran yang berbeza-beza.
Faedah mempunyai plumbum merah dalam campuran positif ialah masa pembentukan dikurangkan secara berkadar dengan peratusan plumbum merah yang terkandung di dalamnya. Ini kerana plumbum merah sudah mengandungi kira-kira satu pertiga plumbum dioksida, selebihnya ialah plumbum monoksida. Iaitu, plumbum merah Pb3O4 = 2PbO + PbO2.
Secara bergantian, plat tiub yang diisi boleh dipasang terus, selepas mengeluarkan zarah oksida longgar yang melekat pada tiub di luar, ke dalam sel dan bateri dan membentuk balang.
Plat negatif dibuat seperti biasa dengan mengikuti amalan pembuatan plat rata. Pengembang adalah sama, tetapi, jumlah “blanc fixe” lebih banyak berbanding dengan pes automotif. Plat tiub diawetkan dalam ketuhar pengawetan selama kira-kira 2 hingga 3 hari, selepas melalui terowong pengeringan yang dipanaskan oleh elektrik atau gas untuk menghilangkan lembapan cetek, supaya plat tidak melekat antara satu sama lain semasa proses pengendalian seterusnya.
Perbezaan dalam graviti tentu pengisian awal bagi asid untuk jeruk dan pucat yang tidak dijeruk timbul daripada fakta bahawa bekas mengandungi lebih banyak asid dan oleh itu graviti tentu yang lebih rendah dipilih untuk bateri plat tiub jeruk, biasanya kira-kira 20 mata lebih rendah. Graviti tentu kemasan elektrolit ialah 1.240 ± 0.010 pada 27°C.
Lebih tinggi graviti tentu elektrolit, lebih banyak kapasiti yang boleh diperolehi daripada bateri ini, tetapi hayatnya akan terjejas.
Atau, plat tiub boleh dibentuk tangki, dikeringkan dan dipasang serta dicas seperti biasa.
5. Pelbagai jenis plat Tiub
Kebanyakan pengeluar bateri menggunakan tiub silinder untuk membuat plat tiub dan bateri. Walaupun dalam ini diameter tiub dan akibatnya, duri mungkin berbeza dari kira-kira 8 mm hingga 4.5 mm.
Walau bagaimanapun, tiub juga boleh berbentuk bujur atau rata atau persegi atau segi empat tepat. Struktur asas adalah sama dengan plat tiub silinder pendahulu (seperti yang ditunjukkan di atas).
7. Kelebihan menggunakan plat Tiub
Plat tiub sangat terkenal untuk jangka hayatnya kerana ketiadaan penumpahan bahan aktif. Bahan aktif dipegang oleh beg tiub dan oleh itu ketumpatan pembungkusan yang lebih rendah boleh digunakan untuk memaksimumkan pekali penggunaan. Keliangan yang lebih tinggi yang terhasil juga boleh membantu dalam menggunakan bahan yang lebih aktif dalam proses pengeluaran tenaga. Semakin tebal tulang belakang, semakin banyak kitaran hayat yang boleh diperolehi daripada plat tiub tersebut.
Bilangan kitaran hayat adalah antara 1000 hingga 2000 kitaran bergantung pada ketebalan plat. Semakin tebal plat tiub, semakin banyak bilangan kitaran yang mereka berikan. Dikatakan bahawa plat tiub boleh menawarkan dua kali ganda bilangan kitaran hayat jika dibandingkan dengan plat rata dengan ketebalan yang sama.
8. Bagaimanakah hayat bateri dipertingkatkan dengan menggunakan plat Tiub?
Seperti yang dibincangkan di atas, hayat bateri plat tiub adalah lebih tinggi daripada bateri plat rata. Ayat berikut menerangkan sebab jangka hayat bateri plat tiub lebih lama. Paling penting, bahan aktif dipegang tegar oleh tiub pemegang oksida, dengan itu menghalang penumpahan bahan, yang merupakan sebab utama kegagalan bateri. Selain itu, dalam perjalanan masa, duri mendapat penutup pelindung plumbum dioksida yang membantu dalam mengurangkan kadar kakisan duri. Hakisan adalah semata-mata, penukaran tulang belakang aloi plumbum kepada plumbum dioksida.
Aloi plumbum dan plumbum secara termodinamik tidak stabil di bawah potensi anodik yang tinggi melebihi 1.7 hingga 2.0 volt dan di bawah suasana menghakis asid sulfurik cenderung untuk terhakis dan ditukar kepada PbO2.
Apabila sel dicas pada voltan yang jauh dari voltan litar terbuka (OCV) pada bahagian yang lebih tinggi, oksigen berkembang hasil daripada pemisahan elektrolitik air dan oksigen berkembang pada permukaan plat tiub positif dan mempunyai untuk meresap ke tulang belakang kerana menghakisnya. Oleh kerana terdapat lapisan tebal bahan aktif positif (PAM) yang mengelilingi tulang belakang, oksigen perlu bergerak dari permukaan dengan jarak yang jauh dan oleh itu kadar kakisan cenderung berkurangan. Ini membantu dalam memanjangkan hayat sel plat tiub.
9. Apakah aplikasi bateri yang sesuai menggunakan plat bateri tiub?
Plat tiub digunakan terutamanya untuk bateri hayat kitaran panjang berkapasiti tinggi seperti dalam kenderaan pengangkutan dalaman industri (forklift, kereta elektrik, dll.). Ia juga digunakan dalam bateri OPzS untuk aplikasi penyimpanan tenaga seperti Sistem Penyimpanan Tenaga Bateri (BESS), di mana kapasiti sel mungkin setinggi 11000 Ah dan 200 hingga 500 kWj dan sehingga 20 MWh.
Aplikasi biasa untuk BESS adalah untuk pencukuran Puncak, Kawalan frekuensi, Rizab berputar, meratakan beban, Kuasa kecemasan, dsb.
Pada masa kini, setiap isi rumah di beberapa negara mempunyai sekurang-kurangnya satu bateri plat tiub untuk aplikasi penyongsang-UPS. Apatah lagi beberapa pertubuhan komersial, contohnya, pusat melayari, di mana bekalan tenaga berterusan diperlukan.
Baru-baru ini, bateri asid plumbum terkawal injap plat tiub bergel digunakan secara meluas dalam sistem tenaga tidak boleh diperbaharui seperti aplikasi solar. Di sini jenis gel adalah yang paling sesuai.
EV yang memerlukan 800 kitaran dengan tenaga khusus 40 Wj/kg boleh menggunakan bateri EV tiub nipis yang terbaik. Julat kapasiti yang ada ialah 200Ah hingga 1000Ah pada kadar 5 jam.
10. Ciri teknikal penting bateri plat tiub
Ciri teknikal yang paling penting bagi bateri plat tiub adalah keupayaannya untuk mengekalkan bahan aktif sepanjang jangka hayatnya tanpa proses penumpahan berlaku dalam perjalanan biasa dan dengan itu meletakkan asas untuk jangka hayat yang panjang.
Bateri yang menggunakan plat sedemikian mempunyai jangka hayat yang panjang 15-20 tahun dalam aplikasi pegun di bawah keadaan caj apungan, seperti pertukaran telefon, penyimpanan tenaga. Untuk operasi kitaran (seperti bateri cengkaman), bateri boleh dihantar ke mana-mana dari 800 hingga 1500 kitaran bergantung pada output tenaga setiap kitaran. Semakin rendah output tenaga setiap kitaran, semakin tinggi seumur hidup.
Plat tiub paling sesuai untuk aplikasi solar dalam versi terkawal injap elektrolit gel tanpa masalah stratifikasi dalam elektrolit. Memandangkan ia tidak memerlukan penambahan berkala dengan air yang diluluskan dan kerana tiada gas menjengkelkan yang terpancar daripada sel-sel ini, ia amat sesuai untuk aplikasi solar.
11. Kesimpulan
Daripada sumber kuasa elektrokimia yang digunakan pada masa kini, bateri asid plumbum mengatasi semua sistem lain yang dipertimbangkan secara individu. Dalam bateri asid plumbum, bateri automotif yang ada di mana-mana mengetuai pasukan. Seterusnya datang bateri industri plat tiub. Bateri automotif mempunyai kapasiti dalam julat 33 Ah hingga 180 Ah, semuanya dalam bekas monoblok, tetapi jenis lain mempunyai kapasiti 45 Ah hingga beribu Ah.
Bateri plat tiub berkapasiti kecil (sehingga 200 Ah) dipasang dalam monoblok dan sel 2v berkapasiti besar dalam bekas tunggal dan disambungkan dalam susunan bersiri dan selari. Bateri plat tiub berkapasiti besar digunakan sebagai sumber kuasa pegun dalam pertukaran telefon, tempat penyimpanan tenaga dsb. Bateri daya tarikan mempunyai beberapa aplikasi seperti trak pengendalian bahan, trak forklift, kereta golf dsb.
