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Estructura y función de los separadores AGM
26 Jan 2024
El espaciador AGM utilizado en VRLA tiene las siguientes funciones adicionales:

-Absorber el electrolito (tercer principio activo de la batería) para que no fluya. Proporcionar orificios de transmisión de gas relativamente grandes para la difusión de oxígeno y, en consecuencia, facilitar el funcionamiento del COC.

-Asegura una alta conductividad iónica. Proporciona canales de transporte para que los flujos iónicos viajen entre los dos tipos de placas polares, lo que permite que las reacciones redox se desarrollen rápidamente.

-Limita la expansión del volumen de PAM y mantiene la presión del grupo de polos, minimizando los efectos de la pulsación del material activo positivo durante el ciclo.

La figura ilustra una imagen de micrografía electrónica de barrido (SEM) de la muestra del espaciador AGM.
Como se puede ver en la figura, el espaciador AGM consta de fibras de vidrio de borosilicato de grado químico que tienen entre 1 y 2 mm de longitud y varían en espesor (0,1 a 10 μm de diámetro). La proporción de las diferentes fibras determina el equilibrio entre las diferentes funciones del espaciador y el precio del espaciador. Estas fibras son hidrófilas y absorben el electrolito. Las fibras más finas (es decir, fibras con diámetros más pequeños) en el mamparo tienen una superficie mayor y forman microporos con diámetros internos más pequeños, pero son más caras. Los mamparos AGM también contienen entre un 15 y un 18 % de fibras poliméricas como PP, PE, etc. que aumentan la resistencia mecánica de las mamparas y favorecen la formación de canales de gas (ya que estos materiales son parcialmente hidrofóbicos), lo que también reduce el precio de las mamparas. El proceso de producción de las mamparas AGM es similar al de la fabricación de papel. El proceso es similar al de la fabricación de papel, lo que lo convierte en una estructura anisotrópica. La estructura se caracteriza por un tamaño de poro de 2-4 μm en el plano xy del espaciador y microporos perpendiculares al plano xy con un tamaño de 10-30 μm [27]. Los pequeños poros en el plano xy sirven para distribuir el electrolito en la dirección del espesor del espaciador y para mantener su tasa de absorción del núcleo cuando el espaciador está parcialmente lleno de electrolito. Los poros grandes, por el contrario, forman canales de gas abiertos.



14.2.4.2 Transporte de gas a través del separador AGM

Después de precipitar de la placa positiva, el oxígeno se transporta a la placa negativa, donde luego sufre una reacción de reducción. Todo el proceso de transferencia de oxígeno pasa por las siguientes etapas.

En primer lugar, el oxígeno forma pequeñas burbujas en los microporos del PAM llenos de electrolito. Luego, estas pequeñas burbujas se fusionan gradualmente en burbujas discretas, que reemplazan gradualmente el electrolito en los microporos de la placa polar hacia el mamparo. Una pequeña porción del oxígeno de las burbujas que llegan a la superficie de la placa polar se disuelve en el electrolito, mientras que la mayor parte del oxígeno gaseoso permanece en forma de burbujas en la interfaz placa polar/espaciador. El espaciador AGM es un material no homogéneo estructura, y por lo tanto el oxígeno se acumula en las partes de la superficie del AGM donde la densidad de la fibra es baja (estructura suelta) o en algunos de los espacios vacíos entre la placa polar y el espaciador (electrodo tubular/AGM).

Aplicar presión sobre el cúmulo polar puede acercar la superficie de la fibra de vidrio a la superficie de la placa polar y promover la penetración de oxígeno en el espaciador. Hay dos mecanismos de reacción posibles:

1. Cuando la presión del grupo de polos es baja, aumenta el volumen de gas que se acumula en la interfaz placa polar/espaciador AGM. El flujo de gas aumentará verticalmente bajo el efecto de la gravedad. La densidad del electrolito es dos veces mayor que la densidad del gas, lo que empuja al gas hacia arriba, hacia el espacio superior del cúmulo polar. De esta forma, el oxígeno abandonará el grupo polar. El caudal vertical del gas depende de la corriente a través de la batería, la temperatura del electrolito y el estado de uso de la batería (por ejemplo, batería nueva o batería de larga duración).
2. Cuando la presión en el grupo de polos es alta, el tabique presiona firmemente contra las placas polares y entran burbujas de gas en el tabique. Las burbujas de gas se mueven horizontalmente e intentan aumentar los canales de gas en el separador. La densidad de la estructura del material de fibra de vidrio no es uniforme y las burbujas entran en las partes de menor densidad de las fibras. Las burbujas de gas se mueven no sólo aleatoriamente sino también paralelas a lo largo de la superficie del espaciador y en una dirección perpendicular a la superficie del espaciador. Sin embargo, el flujo de gas se mueve principalmente a través del mamparo AGM hacia la placa negativa donde la presión del gas es más baja, y el gradiente de presión empuja el oxígeno en esta dirección. Bajo presión, el gas reemplaza el electrolito en los microporos del espaciador y, como resultado, se forman canales de gas. Cuando se forman canales de gas continuos, se acelera el movimiento de oxígeno entre las placas positiva y negativa.

Durante la producción de separadores AGM para baterías VRLA, el espesor del separador se mide a una presión estándar de 10 kPa. Para aumentar el contacto entre las placas y el espaciador, se comprime el grupo polar (cuerpo activo), lo que reduce el espesor del espaciador en aproximadamente un 25%. El grupo de polos de la batería estacionaria de tipo alto se apretó usando una venda de plástico antes de cargarlo en la ranura de la batería, manteniendo así la presión del grupo de polos.

En resumen, a los separadores AGM se les asignan más funciones que son críticas para las baterías AGM, nada menos que las placas positivas y negativas. Además de permitir la transferencia de oxígeno, es más importante mantener un cierto nivel de presión en el grupo de polos para garantizar que el espaciador sea conductor de electricidad. Esto se describe con más detalle en un tweet posterior.
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