Tấm hình ống: pin hình ống cao và pin tấm phẳng
1. Pin tấm hình ống là gì
Giới thiệu về pin
Có một số loại nguồn điện điện hóa (còn được gọi là tế bào điện hóa, tế bào điện áp hoặc pin). Pin được định nghĩa là một thiết bị điện hóa có chức năng biến đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện và ngược lại. Chủ đề về pin thuộc điện hóa học , được định nghĩa đơn giản là chủ đề liên quan đến sự chuyển đổi giữa năng lượng hóa học và năng lượng điện. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận chi tiết hơn về tấm hình ống và tấm bán hình ống.
Các tế bào này tạo ra năng lượng điện bằng các phản ứng oxy hóa-khử tự phát (phản ứng oxy hóa khử) liên quan đến các hóa chất trong điện cực dương, điện cực âm và chất điện phân, xảy ra trong mỗi điện cực, được gọi là một nửa tế bào. Năng lượng hóa học trong các vật liệu hoạt động chuyển đổi thành năng lượng điện. Các electron sinh ra trong phản ứng khử đi qua mạch ngoài nối hai nửa tế bào, do đó sinh ra dòng điện. Phản ứng oxi hóa xảy ra bằng cách giải phóng electron khỏi vật liệu làm anot (chủ yếu là kim loại) và phản ứng khử xảy ra khi electron đến catot (chủ yếu là oxit, clorua, oxi, v.v.) qua mạch ngoài. Mạch được hoàn thành thông qua chất điện phân.
Hệ thống pin axít chì:
Khi mạch ngoài được đóng lại, các electron bắt đầu đi từ cực âm do kết quả của phản ứng chuyển đổi (oxi hóa điện hóa) chì (Pb) thành ion chì hóa trị hai (Pb2 +). (Các ion sau cùng phản ứng với các phân tử sunphat để tạo thành chì sunfat (PbSO4) bên trong tế bào). Các electron này di chuyển qua mạch ngoài và đến bản dương, nơi chúng chuyển chì đioxit thành chì sunfat tức là chì đioxit bị khử điện hóa thành chì sunfat do các ion Pb4 + được chuyển thành ion Pb2 + trong PbSO4.
Công nghệ pin tấm hình ống
Phản ứng tổng thể của tế bào được viết là:
PbO2 + Pb + 2PbSO4 Sạc ↔ Xả 2PbSO4 + 2H2O
Chúng ta có thể thấy rằng hóa trị của chì (Pb ° ) tăng lên Pb 2+ , bằng cách giải phóng 2 electron trong quá trình phóng điện. Sự gia tăng hóa trị này được gọi là quá trình oxy hóa trong thuật ngữ điện hóa.
Theo chiều hướng khác, hóa trị của chì trong chì đioxit (Pb có 4 hóa trị trong chì đioxit) bị giảm xuống 2 +
bằng cách hấp thụ hai điện tử đến từ phản ứng oxy hóa. Sự giảm hóa trị này được gọi là sự giảm theo thuật ngữ điện hóa.
Các thuật ngữ này cũng có thể được mô tả bằng sự thay đổi của các thế điện cực riêng lẻ của tế bào trong quá trình phóng điện. Điện thế (hiệu điện thế) của điện cực chì (cực dương trong quá trình phóng điện) tăng lên khi di chuyển đến các giá trị dương hơn trong quá trình phóng điện. Sự gia tăng giá trị tiềm năng này được gọi là quá trình oxy hóa. Do đó, điện thế bản cực âm của chì trong tế bào axit chì thay đổi từ khoảng -0,35 đến khoảng -0,20 vôn. Đây là một sự gia tăng tiềm năng. Do đó phản ứng này được gọi là anốt trong tự nhiên.
Ngược lại, điện thế của điện cực chì điôxít (cực âm trong quá trình phóng điện) giảm bằng cách di chuyển về phía âm, tức là giá trị càng ngày càng thấp khi quá trình phóng điện tiếp tục. Điện thế tấm dương của chì điôxít trong tế bào axit chì thay đổi từ khoảng 1,69 đến khoảng 1,5 vôn. Đây là một sự giảm sút về tiềm năng. Do đó, phản ứng này được gọi là cực âm trong tự nhiên và chúng ta nói rằng sự khử xảy ra trên một bản cực dương trong quá trình phóng điện.
Sự giảm điện áp làm việc này trong quá trình phóng điện phát sinh do cái gọi là phân cực, gây ra bởi sự kết hợp của quá áp, η và điện trở nội, xảy ra trên cả hai điện cực. Nói một cách đơn giản, quá áp là sự khác biệt về OCV và điện áp hoạt động.
Do đó, trong quá trình phóng điện, E đĩa = EOCV – ηPOS – ηNEG – IR.
Nhưng, đối với phản ứng tích điện E Ch = EOCV + ηPOS + ηNEG + IR.
IR đề cập đến điện trở bên trong được cung cấp bởi các vật liệu bên trong tế bào như chất điện phân, vật liệu hoạt động, v.v. IR phụ thuộc vào thiết kế của ô, cụ thể là bộ phân tách được sử dụng, độ cao giữa các tấm, các thông số bên trong của vật liệu hoạt động (kích thước hạt, diện tích bề mặt, độ xốp, v.v.), nhiệt độ và lượng PbSO4 trong vật liệu hoạt động. Nó có thể được trình bày dưới dạng tổng của một số điện trở được cung cấp bởi dây dẫn trên cùng, khối lượng hoạt động và lớp ăn mòn, chất điện phân, chất phân tách và sự phân cực của vật liệu hoạt động.
Ba yếu tố đầu tiên bị ảnh hưởng bởi thiết kế ô. Không thể đưa ra tuyên bố chung nào về các giá trị phân cực, nhưng nó thường có cùng độ lớn với điện trở ban đầu do dây dẫn trên cùng cung cấp. Các tấm dài hơn có nhiều IR hơn. Nó có thể được xác định từ độ dốc của phần ban đầu của đường cong phóng điện. Đối với cùng một thiết kế, cell có dung lượng cao hơn sẽ có nội trở thấp hơn. Điện trở bên trong của VRLAB 12V / 28Ah là 6 mΩ, trong khi điện trở của pin dung lượng thấp hơn (12V / 7Ah) là 20 đến 23 mΩ.
Ở các giá trị η rất thấp, mối quan hệ giữa η và dòng điện, I, có dạng định luật Ohm và các phương trình được đề cập ở trên được đơn giản hóa dưới dạng
Edisch = EOCV – IR.
ECh = EOCV + IR.
Phần thảo luận ở trên đề cập đến phản ứng phóng điện của một tế bào axit-chì.
Các hiện tượng ngược lại xảy ra trong phản ứng tích điện của tế bào axit-chì.
Trong trường hợp của pin tiểu, điện cực dương thường được gọi là cực âm trong khi điện cực âm được gọi là cực dương, và điều này là rõ ràng vì chỉ xảy ra phóng điện.
Do đó, điện cực chì hoạt động như một cực dương hoạt động như một cực âm trong phản ứng sạc và điện cực chì điôxít hoạt động như một cực âm bây giờ hoạt động như một cực dương. Để tránh sự mơ hồ, chúng tôi chỉ sử dụng các điện cực hoặc bản cực dương và âm trong các ô thứ cấp.
Để minh họa cách hoạt động của điều này trong thực tế, hình dưới đây cho thấy một số đường cong giả thuyết cho sự phóng điện và tích điện của pin axit-chì.
Rõ ràng là điện áp phóng điện thực tế nằm dưới điện áp hở mạch là 2,05V và điện áp nạp thực tế nằm trên giá trị này. Độ lệch so với η là thước đo ảnh hưởng tổng hợp của điện trở bên trong tế bào và tổn thất phân cực. Bất cứ khi nào dòng phóng điện hoặc điện tích được tăng lên, giá trị của η trở nên lớn hơn, phù hợp với các phương trình đã cho ở trên.
Hình 2 Những thay đổi về điện áp của tấm & tế bào trong quá trình phóng điện, lấy ví dụ là tế bào axit chì
Để tóm tắt các phản ứng:
Chì, vật liệu hoạt động tiêu cực:
Trong quá trình phóng điện: Pb → Pb2 + + 2e-
Trong quá trình tích điện: Pb2 + → Pb (tức là PbSO4 → Pb)
Chì đioxit, vật liệu hoạt động tích cực:
Trong quá trình phóng điện: Pb4 + → Pb2 + (PbO2 → PbSO4)
Trong quá trình tích điện: Pb2 + → PbO2 (tức là PbSO4 → PbO2)
Vì cả hai vật liệu điện cực đều được chuyển thành sunfat chì, nên phản ứng này được Gladstone và Tribe đặt tên là “thuyết sunphat kép” vào năm 1882.
Phân loại pin
Tùy thuộc vào bản chất của các phản ứng điện hóa xảy ra trong các tế bào này, chúng có thể được phân loại thành
- Pin tiểu
- Thứ cấp (hoặc pin lưu trữ hoặc bộ tích lũy)
- Tế bào nhiên liệu
Ngay từ đầu, tốt hơn là nên hiểu sự khác biệt giữa các loại này. Trong pin sơ cấp, phản ứng điện hóa là không thể đảo ngược, trong khi đó, các tế bào thứ cấp được biết đến với khả năng phản ứng thuận nghịch. Pin nhiên liệu cũng là một tế bào chính, nhưng sự khác biệt giữa pin nhiên liệu và tế bào chính là các chất phản ứng được giữ bên ngoài hộp chứa tế bào, trong khi trong một tế bào chính, các chất phản ứng ở bên trong tế bào.
- Trong các ô chính (ví dụ, các ô bạc-oxit-kẽm được sử dụng trong đồng hồ đeo tay, các ô MnO2-Zn được sử dụng cho đèn flash và điều khiển từ xa cho các đơn vị AC, TV, v.v.) thuộc loại này, trong các ô này, các phản ứng chỉ có thể tiến hành trong một hướng và chúng ta không thể đảo ngược phản ứng bằng cách truyền điện theo hướng ngược lại.
- Ngược lại, các cuộc gọi thứ cấp được biết đến với khả năng đảo ngược của chúng đối với các phản ứng tạo ra năng lượng. Sau khi phóng điện, nếu chúng ta cho dòng điện một chiều theo chiều ngược lại, các chất phản ứng ban đầu được tái sinh từ các sản phẩm phản ứng. Ví dụ cho loại pin này là pin axit-chì, pin Li-ion, pin Ni-Cd (thực chất là pin NiOOH-Cd), pin Ni-Fe, pin Ni-MH, chưa kể đến các loại pin thứ cấp phổ biến nhất.
- Để xây dựng khái niệm thuận nghịch, chì điôxít (PbO2) trong điện cực dương (thường được gọi là “tấm”) và chì (Pb) trong bản âm của một tế bào axit chì, cả hai đều được chuyển đổi thành chì sunphat (PbSO4) khi cả hai vật liệu phản ứng với chất điện phân, axit sunfuric loãng, trong quá trình phản ứng tạo ra năng lượng. Điều này được các nhà điện hóa biểu diễn như sau:
- PbO2 + Pb + 2PbSO4 Sạc ↔ Xả 2PbSO4 + 2H2O
- Pin nhiên liệu cũng là một tế bào chính, nhưng các chất phản ứng của nó được cung cấp từ bên ngoài. Điện cực của pin nhiên liệu trơ ở chỗ chúng không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng của tế bào, mà chỉ giúp dẫn điện tử và có tác dụng xúc tác điện. Các đặc tính sau cho phép khử điện hoặc điện oxy hóa của các chất phản ứng (vật liệu hoạt động).
- Các vật liệu hoạt động cực dương được sử dụng trong pin nhiên liệu thường là nhiên liệu ở thể khí hoặc chất lỏng như hydro, metanol, hydrocacbon, khí tự nhiên (các vật liệu giàu hydro được gọi là nhiên liệu) được đưa vào phía cực dương của pin nhiên liệu. Vì những vật liệu này giống như các loại nhiên liệu thông thường được sử dụng trong động cơ nhiệt, nên thuật ngữ ” pin nhiên liệu ” đã được thành lập để mô tả loại tế bào như vậy. Ôxy, thường là không khí, là chất ôxy hóa chủ yếu và được đưa vào cực âm.
Tế bào nhiên liệu
Theo lý thuyết, một pin nhiên liệu H2 / O2 có thể tạo ra 1,23 V ở điều kiện môi trường xung quanh.
Phản ứng xảy ra là: H2 + ½ O2 → H2O hoặc 2H2 + O2 → 2H2O E ° = 1,23 V
Tuy nhiên, trên thực tế, pin nhiên liệu tạo ra đầu ra điện áp hữu ích khác xa so với điện áp lý thuyết là 1,23 V và kết quả là, pin nhiên liệu thường hoạt động trong khoảng từ 0,5 đến 0,9 V. Các tổn thất hoặc giảm điện áp so với giá trị lý thuyết được gọi là ” phân cực ”, thuật ngữ và hiện tượng nào có thể áp dụng cho tất cả các loại pin ở các mức độ khác nhau.
Ắc quy
Trong sản xuất pin axit-chì, nhiều loại điện cực dương (hay thường được gọi là “tấm”) được sử dụng:
Họ đang:
Một. Tấm phẳng hoặc tấm lưới hoặc tấm dán hoặc tấm dạng lưới hoặc tấm Fauré (độ dày từ 1,3 đến 4,0 mm)
b. Tấm hình ống (đường kính trong ~ 4,9 đến 7,5 mm)
C. Tấm Planté (6 đến 10 mm)
d. Tấm hình nón
e. Tấm cuộn thạch (0,6 đến 0,9 mm)
f. Tấm lưỡng cực
- Trong số này, loại tấm phẳng được đề cập đầu tiên được sử dụng rộng rãi nhất; mặc dù nó có thể cung cấp dòng điện nặng trong thời gian ngắn (ví dụ: khởi động ô tô hoặc bộ DG), nó có tuổi thọ ngắn hơn. Ở đây, một bộ thu dòng điện hình chữ nhật kiểu mạng tinh thể được lấp đầy bởi một chất nhão làm từ hỗn hợp ôxít chì, nước và axit sunfuric, được làm khô và tạo hình một cách cẩn thận. Cả hai bản cực dương và bản âm đều được làm theo cách thức giống nhau, ngoại trừ sự khác biệt về chất phụ gia. Là loại pin mỏng, pin được làm từ các tấm như vậy có thể cung cấp dòng điện rất cao cần thiết để khởi động ô tô. Tuổi thọ là 4 đến 5 năm trong một ứng dụng như vậy. Trước khi sự ra đời của sự sắp xếp máy phát điện-chỉnh lưu, tuổi thọ ngắn hơn.
- Tấm hình ống: Loại tấm tiếp theo được sử dụng rộng rãi là tấm hình ống có tuổi thọ cao hơn, nhưng không thể cung cấp dòng điện bùng phát như trong loại pin tấm phẳng. Chúng tôi thảo luận chi tiết về các tấm hình ống bên dưới.
- Để có tuổi thọ cao với yêu cầu về độ tin cậy nghiêm ngặt nhất ở những nơi như trạm điện và tổng đài điện thoại, loại pin axit-chì được ưa chuộng là loại Planté. Vật liệu ban đầu cho tấm hình ống dày khoảng 6-10 mm đúc các tấm chì có độ tinh khiết cao với nhiều lớp mỏng dọc. Diện tích bề mặt cơ bản của tấm hình ống được tăng cường đáng kể nhờ kết cấu dạng phiến, dẫn đến diện tích bề mặt hiệu dụng gấp 12 lần diện tích hình học của nó.
- Tấm hình nón là các tấm lưới chì nguyên chất hình tròn kiểu mạng tinh thể (được tạo góc với một góc 10 °), các tấm này được xếp chồng lên nhau theo chiều ngang và được làm từ chì nguyên chất. Điều này được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell, Hoa Kỳ.
- Tấm cuộn thạch là những tấm lưới mỏng liên tục được làm từ hợp kim thiếc ít chì có độ dày từ 0,6 đến 0,9 mm tạo điều kiện cho tỷ lệ cao. Các tấm được dán bằng các oxit chì, ngăn cách bằng một tấm kính hấp thụ, và quấn theo hình xoắn ốc để tạo thành phần tử tế bào cơ bản.
- Các tấm lưỡng cực: Các tấm này có tấm dẫn trung tâm được làm từ kim loại hoặc polyme dẫn điện và có vật liệu hoạt động dương ở một mặt và vật liệu âm ở mặt còn lại. Các tấm như vậy được xếp chồng lên nhau theo cách sao cho các vật liệu hoạt động có cực tính đối diện đối mặt với nhau bằng một dải phân cách ở giữa chúng., Để có được điện áp cần thiết.
- Tại đây kết nối giữa các ô riêng biệt bị loại bỏ, do đó làm giảm điện trở bên trong. Có thể lưu ý rằng các bản cực trong pin lưỡng cực luôn thuộc loại đơn cực, dương hoặc âm.
2. Sự khác biệt - Pin hình ống và pin tấm phẳng
Pin tấm phẳng dùng cho dòng điện cao, phóng điện trong thời gian ngắn như trong pin khởi động của ô tô và bộ DG. Chúng thường có tuổi thọ từ 4 đến 5 năm và việc hết tuổi thọ chủ yếu là do các lưới điện dương bị ăn mòn dẫn đến mất tiếp xúc giữa lưới điện với các vật liệu hoạt động và bị bong ra sau đó.
Pin dạng ống hay tấm phẳng tốt hơn?
Các tấm hình ống rất chắc chắn và do đó có tuổi thọ khoảng 10 đến 15 năm trong hoạt động của phao. Chúng cũng thích hợp cho nhiệm vụ chu kỳ và cung cấp tuổi thọ chu kỳ cao nhất. Vật liệu hoạt động được chứa trong không gian hình khuyên giữa cột sống và giá đỡ oxit. Điều này hạn chế sự căng thẳng do sự thay đổi khối lượng xảy ra khi các tế bào được quay theo chu kỳ.
Hết tuổi thọ lại do gai bị ăn mòn và mất tiếp xúc giữa gai và chất hoạt động. Tuy nhiên, diện tích tiếp xúc giữa cột sống và khối lượng hoạt động bị giảm trong cấu trúc như vậy và do đó dưới các cống có dòng điện nặng, mật độ dòng điện cao hơn dẫn đến hiện tượng nóng cục bộ dẫn đến vỡ ống và nứt lớp ăn mòn.
Tế bào tấm Planté có thời gian tồn tại lâu nhất, nhưng năng lực kém hơn so với các loại khác. Nhưng những tế bào này cung cấp độ tin cậy cao nhất và tuổi thọ phao dài nhất. Giá thành của chúng cũng cao hơn, nhưng nếu nó được ước tính trong suốt thời gian tồn tại thì nó thực sự thấp hơn so với các tế bào loại tĩnh khác. Lý do cho tuổi thọ cao hơn là do bề mặt tấm dương liên tục được tái tạo mà hầu như không bị suy giảm dung lượng trong suốt thời gian tồn tại của nó.
Các tế bào tấm hình nón được thiết kế đặc biệt bởi Lucent Technologies (trước đây là Phòng thí nghiệm AT&T Bell) để có tuổi thọ rất cao hơn 30 năm. Dữ liệu về độ ăn mòn trong 23 năm gần đây cho thấy tuổi thọ của loại pin này là 68 đến 69 năm.
Thiết kế cuộn thạch được cho là sản xuất hàng loạt do các đặc tính cơ và điện tuyệt vời. Cấu tạo dạng cuộn thạch (điện cực quấn xoắn ốc) trong hộp chứa hình trụ có thể duy trì áp suất bên trong cao hơn mà không bị biến dạng và có thể được thiết kế để có áp suất giải phóng cao hơn
hơn các tế bào hình lăng trụ. Điều này là do một hộp kim loại bên ngoài được sử dụng để ngăn chặn sự biến dạng của các trường hợp nhựa ở nhiệt độ cao hơn và áp suất bên trong tế bào. Phạm vi áp suất thông hơi có thể cao từ 170 kPa đến 275 kPa (25 đến 40 psi »1,7 đến 2,75 bar) đối với tế bào có vỏ bọc bằng kim loại, quấn xoắn ốc từ 7 kPa đến 14 kPa (1 đến 2 psi» 0,07 đến 0,14 bar) đối với pin hình lăng trụ lớn.
Pin tấm lưỡng cực
Trong thiết kế của tấm lưỡng cực, có một vật liệu dẫn điện tử trung tâm (hoặc một tấm kim loại hoặc một tấm polyme dẫn điện) ở một bên là vật liệu hoạt động tích cực và mặt kia là vật liệu hoạt động âm. Tại đây kết nối giữa các ô riêng biệt bị loại bỏ, do đó làm giảm điện trở bên trong. Cần lưu ý rằng các bản cực trong ô đầu lưỡng cực luôn thuộc loại đơn cực, dương hoặc âm.
Những viên pin này có
- Năng lượng riêng cao hơn và mật độ năng lượng cao hơn (tức là, giảm 40% thể tích hoặc 60% kích thước của pin axit-chì thông thường, trọng lượng ít hơn 30% hoặc 70% khối lượng của pin axit-chì thông thường.
- Nhân đôi vòng đời
- Cần giảm một nửa lượng chì và các vật liệu khác cũng được giảm bớt.
3. Tại sao pin hình ống?
Pin tấm hình ống được sử dụng chủ yếu ở những nơi có yêu cầu về tuổi thọ cao với dung lượng cao hơn. Chúng chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng chờ trong tổng đài điện thoại và các nhà máy lớn cho xe tải xếp dỡ vật liệu, máy kéo, xe khai thác và ở một mức độ nào đó, xe gôn.
Ngày nay, những loại pin này được tìm thấy phổ biến trong mọi gia đình cho các ứng dụng biến tần-UPS.
Các tấm loại cực cao (cao từ 1 mét trở lên) được sử dụng trong pin tàu ngầm để cung cấp năng lượng khi tàu ngầm bị chìm. Nó cung cấp sức mạnh thầm lặng. Công suất thay đổi từ 5.000 đến 22.000 Ah. Các tế bào tàu ngầm có các máy bơm không khí được đưa vào để vô hiệu hóa sự phân tầng axit của chất điện phân đối với các tế bào cao từ 1 đến 1,4 m.
Pin axit chì-van điều chỉnh bằng van điện phân được tráng men được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống năng lượng không thể tái tạo như các ứng dụng năng lượng mặt trời.
Pin EV dạng tấm hình ống mỏng cho xe tải và xe buýt tìm thấy các ứng dụng trong lĩnh vực EV và có thể cung cấp 800 đến 1500 chu kỳ tùy thuộc vào độ dày cột sống và năng lượng cụ thể.
Bảng sau đây minh họa mối quan hệ giữa độ dày gai, độ lớn của tấm, mật độ chất điện phân, năng lượng riêng và số chu kỳ sống.
| Đường kính ống mm -> | 7.5 | 6.1 | 4.9 |
|---|---|---|---|
| Mật độ điện giải (Kg / Lít) | 1.280 | 1.300 | 1.320 |
| Số lượng gai | 19 | 24 | 30 |
| Sân tấm hình ống | 15.9 | 13.5 | 11.4 |
| Độ dày cột sống | 3.2 | 2.3 | 1.85 |
| Năng lượng cụ thể (Wh trên kg) ở tốc độ 5 giờ | 28 | 36 | 40 |
| Chu kỳ cuộc sống | 1500 | 1000 | 800 |
Tham khảo: KD Merz, J. Power Sources, 73 (1998) 146-151.
4. Làm thế nào để làm cho tấm pin hình ống?
Túi hình ống
Tấm hình ống ban đầu được Phillipart chế tạo với các vòng riêng lẻ và với các túi hình ống bởi Woodward đã được báo cáo vào năm 1890-1900 và việc sử dụng các ống cao su có rãnh (Exide Ironclad) được Smith phát triển vào năm 1910.
Việc lắp ráp các ống riêng lẻ vào các gai đã được thực hành trước đó và đây là một hoạt động chậm hơn so với việc chèn một lưới hoàn chỉnh vào một thiết kế nhiều ống. Hơn nữa, liên kết vật lý giữa các ống riêng lẻ của nhiều ống mang lại độ cứng cao hơn trong quá trình vận hành đơn vị chiết rót. Sự cúi đầu của các gai do chuyển động bên được loại bỏ. Đây là những lý do tại sao các nhà sản xuất pin thích sử dụng túi đựng nhiều ống găng tay PT.
Chuẩn bị ống. Ngày nay nhiều ống hoặc Túi PT (găng tay) được sản xuất từ thủy tinh hoặc sợi hữu cơ kháng hóa chất (polyester, polypropylene, copolyme acrylonitrile, v.v.) bằng phương pháp dệt, bện hoặc nỉ.
Trong những ngày đầu của ống nhiều ống, người ta sử dụng vải dệt theo chiều ngang bằng sợi đồng trùng hợp của vinyl clorua và vinyl axetat. Hai lớp vải được chuyển qua hai bên của một dãy lò rèn hình trụ (trục gá) và đường nối giữa các thanh rèn liền nhau được hàn nhiệt.
Nhưng vinyl axetat bị thoái hóa để giải phóng axit axetic, do đó, dẫn đến ăn mòn cột sống và hỏng pin sớm. Hơn nữa, niêm phong nhiệt phải được kiểm soát và đo kích thước. Nếu áp suất niêm phong vượt quá giới hạn, các đường nối sẽ yếu và các lớp sẽ sớm tách ra trong quá trình sử dụng. Ngược lại, nếu áp lực niêm phong quá nặng, niêm phong tốt nhưng đường may thực tế mỏng và sớm bị bung ra khi sử dụng.
Mặc dù điều này không gây ra vấn đề nghiêm trọng trong quá trình sử dụng, nhưng có xu hướng đường nối bị tách ra trong các hoạt động xử lý và đổ đầy ban đầu và tâm của tấm hình ống có xu hướng bị cúi xuống, điều này tạo ra các vấn đề trong các hoạt động của đơn vị sau đây, ví dụ: đôi khi có khó khăn trong việc đưa đĩa vào ngăn chứa tế bào do các đĩa quá khổ.
Nhiều phương pháp khác nhau đã được thử nghiệm để thay thế việc hàn kín bằng nhiệt, như kỹ thuật dệt hỗn hợp, trong đó các ống được dệt trong một thao tác với các sợi đan chéo giữa các ống để tạo thành một đường nối liền mạch. Modem nhiều ống sử dụng cách nhiệt hoặc khâu bằng sợi polyester dệt thành vải hoặc vải polyester không dệt.
Sự hấp dẫn của vải không dệt nằm ở chỗ chi phí sản xuất thấp hơn do chi phí nguyên liệu cơ bản thấp hơn thông qua việc loại bỏ quá trình dệt. Tuy nhiên, để đạt được cùng một thứ tự về độ bền nổ, ống không dệt phải dày hơn so với ống dệt của nó. Điều này làm giảm cả thể tích làm việc của chất điện phân (do vật liệu ống không dệt có thể tích lớn hơn). Khối lượng của vật liệu hoạt động trong ống cũng giảm, do đó, làm giảm một chút sức chứa của tế bào.
Các tấm hình ống tuyệt vời có thể được chế tạo bằng các ống riêng lẻ hoặc nhiều ống được cung cấp
sợi được sử dụng để sản xuất ống là sợi không dễ bị biến tính trong quá trình sử dụng. Cả thủy tinh công thức đặc biệt và sợi polyester đều đáp ứng yêu cầu này.
Pin dạng tấm hình ống ở trạng thái tĩnh trong ứng dụng hoặc trong toa xe, thường được tích điện nổi ở điện áp 2,2 đến 2,30 vôn trên mỗi cell, tùy thuộc vào trọng lượng riêng của chất điện phân. Ví dụ như bộ biến tần / ắc quy UPS thông thường, ắc quy điện thoại và các tế bào chiếu sáng xe lửa và điều hòa không khí (tế bào TL & AC).
Máy chiết rót tấm hình ống
Trong một tấm hình ống, một loạt các gai có độ dày thích hợp đúc từ hợp kim chì được kết nối với thanh cái trên cùng, bằng tay hoặc sử dụng máy đúc áp lực. Các gai được đưa vào các túi hình ống và không gian giữa các gai và túi PT (còn gọi là giá đỡ ôxít) được lấp đầy bằng ôxít khô hoặc hồ thixotropic ướt. Các gai được giữ ở vị trí trung tâm bởi phần nhô ra giống như hình sao được cung cấp trong các gai. Túi PT luôn được làm từ sợi polyester dệt hoặc nỉ. Các đĩa hình ống được chuẩn bị như vậy sau đó được ngâm, đóng rắn / làm khô và được tạo dạng thùng hoặc dạng lọ với mật độ chất điện ly thích hợp.
Ôxít lấp đầy có thể có bất kỳ thành phần nào: chỉ ôxít xám, ôxít xám và chì đỏ (còn được gọi là “minium”) với các tỷ lệ khác nhau.
Lợi ích của việc có chì đỏ trong hỗn hợp dương là thời gian hình thành giảm tương ứng với tỷ lệ chì đỏ mà nó chứa. Điều này là do chì đỏ đã chứa khoảng một phần ba điôxít chì, phần còn lại là chì monoxit. Tức là chì đỏ Pb3O4 = 2PbO + PbO2.
Ngoài ra, các tấm hình ống đã được lấp đầy có thể được lắp ráp trực tiếp, sau khi loại bỏ các hạt ôxít lỏng lẻo bám vào các ống bên ngoài, thành các tế bào và pin và được tạo thành dạng lọ.
Tấm âm được làm như bình thường theo quy trình sản xuất tấm phẳng. Các chất mở rộng đều giống nhau, nhưng, số lượng “blanc fixe” nhiều hơn so với chất dán ô tô. Các tấm hình ống được bảo dưỡng trong lò đóng rắn khoảng 2 đến 3 ngày, sau khi được đưa qua đường hầm sấy khô được làm nóng bằng điện hoặc khí để loại bỏ độ ẩm bề mặt, để các tấm không dính vào nhau trong các quá trình xử lý tiếp theo.
Sự khác biệt về trọng lượng riêng đổ đầy ban đầu của axit đối với loại dưa chua và không ngâm chua phát sinh từ thực tế là loại trước đây chứa nhiều axit hơn và do đó, trọng lượng riêng thấp hơn được chọn cho pin dạng ống ngâm, thường thấp hơn khoảng 20 điểm. Trọng lượng riêng hoàn thiện của chất điện phân là 1,240 ± 0,010 ở 27 ° C.
Trọng lượng riêng của chất điện phân càng cao thì công suất có thể đạt được của pin càng cao, nhưng tuổi thọ sẽ bị ảnh hưởng bất lợi.
Hoặc, các tấm hình ống có thể được tạo hình bồn chứa, sấy khô và lắp ráp và sạc như bình thường.
5. Các loại tấm hình ống khác nhau
Hầu hết các nhà sản xuất pin sử dụng các ống hình trụ để sản xuất các tấm hình ống và pin. Ngay cả trong trường hợp này, đường kính của các ống và do đó, đường kính của các gai có thể thay đổi từ khoảng 8 mm đến 4,5 mm.
Tuy nhiên, các ống cũng có thể là hình bầu dục hoặc phẳng hoặc hình vuông hoặc hình chữ nhật. Cấu tạo cơ bản giống như các tấm hình ống trụ tiền thân (như hình trên).
7. Ưu điểm của việc sử dụng tấm Tubular
Các tấm hình ống được chú ý rất nhiều về tuổi thọ cao vì không có sự đổ ra của vật liệu hoạt động. Vật liệu hoạt tính được giữ bởi túi hình ống và do đó mật độ đóng gói thấp hơn có thể được sử dụng để tối đa hóa hệ số sử dụng. Do đó, độ xốp cao hơn cũng có thể giúp sử dụng nhiều vật liệu tích cực hơn trong quá trình sản xuất năng lượng. Cột sống càng dày thì càng có nhiều vòng đời thu được từ các tấm hình ống như vậy.
Số lượng vòng đời nằm trong khoảng từ 1000 đến 2000 chu kỳ tùy thuộc vào độ dày của tấm. Tấm hình ống càng dày thì số chu kỳ mà chúng cung cấp càng nhiều. Người ta nói rằng các tấm hình ống có thể cung cấp gấp đôi số vòng đời khi so sánh với một tấm phẳng có cùng độ dày.
8. Tuổi thọ pin được cải thiện như thế nào khi sử dụng tấm Tubular?
Như đã thảo luận ở trên, tuổi thọ của pin dạng ống cao hơn so với pin dạng tấm phẳng. Các câu sau đây mô tả lý do làm cho tuổi thọ của pin dạng ống dài hơn. Quan trọng nhất, vật liệu hoạt động được giữ chặt bởi các ống giữ oxit, do đó ngăn ngừa sự rơi vỡ của vật liệu, đây là nguyên nhân chính dẫn đến hỏng pin. Ngoài ra, theo thời gian, các gai có một lớp bảo vệ bằng chì điôxít giúp giảm tốc độ ăn mòn của các gai. Ăn mòn chỉ đơn giản là sự chuyển đổi xương sống của hợp kim chì thành chì điôxít.
Các hợp kim chì và chì về mặt nhiệt động lực học không ổn định dưới điện thế anốt cao hơn 1,7 đến 2,0 vôn và trong môi trường ăn mòn của axit sulfuric có xu hướng bị ăn mòn và chuyển đổi thành PbO2.
Bất cứ khi nào tế bào được sạc ở điện áp khác xa với điện áp mạch hở (OCV) ở phía cao hơn, ôxy được hình thành do sự phân ly điện phân của nước và ôxy được phát triển trên bề mặt của các tấm hình ống dương và có để khuếch tán đến cột sống để ăn mòn nó. Do có một lớp vật liệu hoạt động tích cực (PAM) dày bao quanh các gai, oxy phải di chuyển từ bề mặt một khoảng cách xa và do đó tốc độ ăn mòn có xu hướng giảm. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của các tế bào tấm hình ống.
9. Những ứng dụng pin nào lý tưởng nhất nên sử dụng tấm pin hình ống?
Các tấm hình ống được sử dụng chủ yếu cho các loại pin chu kỳ dài dung lượng cao như trong các phương tiện vận tải nội bộ công nghiệp (xe nâng, ô tô điện, v.v.). Nó cũng được sử dụng trong pin OPzS cho ứng dụng lưu trữ năng lượng như Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS), nơi công suất của các tế bào có thể cao tới 11000 Ah và 200 đến 500 kWh và lên đến 20 MWh.
Các ứng dụng điển hình cho BESS là cạo đỉnh, điều khiển tần số, dự trữ kéo sợi, cân bằng tải, nguồn khẩn cấp, v.v.
Ngày nay, mỗi hộ gia đình ở một số quốc gia đều có ít nhất một ắc quy dạng ống cho các ứng dụng biến tần-UPS. Chưa kể đến một số cơ sở thương mại, ví dụ, các trung tâm duyệt web, nơi cần cung cấp năng lượng liên tục.
Gần đây, pin axít chì-van dạng tấm có van được điều chỉnh bằng thép được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống năng lượng không thể tái tạo như các ứng dụng năng lượng mặt trời. Đây là loại gel là phù hợp nhất.
EV yêu cầu 800 chu kỳ với năng lượng cụ thể 40 Wh / kg có thể sử dụng tốt nhất pin EV hình ống mỏng. Phạm vi công suất có sẵn là 200Ah đến 1000Ah với tốc độ 5 giờ.
10. Các tính năng kỹ thuật quan trọng của pin tấm hình ống
Tính năng kỹ thuật quan trọng nhất của pin tấm hình ống là khả năng giữ lại hoạt chất trong suốt tuổi thọ của nó mà không xảy ra quá trình bong tróc trong quá trình bình thường và do đó đặt nền tảng cho tuổi thọ lâu dài.
Pin sử dụng các tấm như vậy có tuổi thọ cao từ 15-20 năm trong các ứng dụng cố định trong điều kiện sạc nổi, chẳng hạn như tổng đài điện thoại, lưu trữ năng lượng. Đối với các hoạt động theo chu kỳ (chẳng hạn như pin kéo), pin có thể cung cấp bất kỳ đâu từ 800 đến 1500 chu kỳ tùy thuộc vào sản lượng năng lượng mỗi chu kỳ. Năng lượng đầu ra trên mỗi chu kỳ càng thấp thì tuổi thọ càng cao.
Các tấm hình ống phù hợp nhất cho các ứng dụng năng lượng mặt trời trong phiên bản điều chỉnh van điện phân bằng khí mà không có vấn đề phân tầng trong chất điện phân. Vì nó không yêu cầu bổ sung định kỳ với nước đã được phê duyệt và vì không có khí độc hại nào phát ra từ các tế bào này, chúng đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng năng lượng mặt trời.
11. Kết luận
Trong số các nguồn năng lượng điện hóa được sử dụng ngày nay, pin axit-chì vượt trội hơn tất cả các hệ thống khác được xem xét riêng lẻ. Trong ắc quy axit-chì, các loại ắc quy ô tô có mặt phổ biến dẫn đầu nhóm nghiên cứu. Tiếp theo phải kể đến pin công nghiệp dạng tấm dạng ống. Pin ô tô có dung lượng trong khoảng 33 Ah đến 180 Ah, tất cả đều được đựng trong hộp monoblocs, nhưng loại còn lại có dung lượng từ 45 Ah đến hàng nghìn Ah.
Pin tấm hình ống dung lượng nhỏ (lên đến 200 Ah) được lắp ráp thành monoblocs và cell 2v dung lượng lớn trong hộp chứa duy nhất và được kết nối theo cách sắp xếp nối tiếp và song song. Ắc quy tấm hình ống dung lượng lớn được sử dụng làm nguồn điện tĩnh trong tổng đài điện thoại, cơ sở lưu trữ năng lượng, v.v. Ắc quy kéo có một số ứng dụng như xe tải xếp dỡ vật liệu, xe nâng hàng, xe đánh gôn, v.v.
