Separador AGM y reacción de transferencia entre placas positivas y negativas
Estructura y función de las particiones
Las particiones AGM utilizadas por
VRLA tienen las siguientes funciones adicionales:
Absorber el electrolito (tercera sustancia activa de la batería) para que no fluya. Proporciona un orificio de transferencia de gas relativamente grande para la difusión de oxígeno y, por tanto, facilita el funcionamiento del COC.
Se garantiza una alta conductividad iónica. Proporcionar un canal de transporte para la corriente iónica, de modo que pueda transmitirse entre los dos tipos de placas, para que la reacción REDOX se pueda realizar rápidamente.
Limite la expansión del volumen de PAM, mantenga la presión del grupo polar y minimice el efecto de pulsación del material activo positivo durante el ciclo.
Se presentan imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de muestras del separador AGM. Como se puede ver en la figura, el separador AGM está compuesto de fibras de vidrio de borosilicato químicamente clasificadas, que tienen de 1 a 2 mm de longitud y varían en espesor (0,1 a 10 μm de diámetro). La proporción de diferentes fibras determina el equilibrio entre las diferentes funciones del separador y el precio del separador. Estas fibras son hidrófilas y absorben el electrolito. Las fibras más finas en el separador (es decir, aquellas con diámetros más pequeños) tienen una superficie mayor y forman microporos con diámetros internos más pequeños, pero son más caras. Las particiones AGM también contienen entre un 15% y un 18% de PP, PE y otras fibras poliméricas, que mejoran la resistencia mecánica de la partición y promueven la formación de canales de gas (debido a que estos materiales son parcialmente hidrófobos), pero también reducen el precio de la partición. El proceso de producción del separador AGM es similar al del proceso de fabricación de papel, lo que lo convierte en una estructura anisotrópica. Su característica estructural es que el tamaño de los poros del plano xy de la partición es de 2 a 4 µm, mientras que el tamaño de los poros perpendiculares al plano xy es de 10 a 30 µm [27]. La función de los orificios del plano Xy es distribuir el electrolito en la dirección del espesor del separador y mantener su tasa de absorción del núcleo cuando el separador está parcialmente lleno de electrolito. Grandes agujeros forman canales de gas abiertos.
Transmisión de gas a través del separador AGM
Después de que el oxígeno precipita de la placa positiva, se transfiere a la placa negativa y luego ocurre la reacción de reducción en la placa negativa. Todo el proceso de transmisión de oxígeno pasa por las siguientes etapas.
Primero, el oxígeno forma pequeñas burbujas en los microporos de PAM llenos de electrolito. Estas pequeñas burbujas luego se fusionan gradualmente en burbujas discretas, que reemplazan gradualmente el electrolito en los microporos de la placa hacia el separador. Una pequeña porción del oxígeno en las burbujas que alcanzan la superficie de la placa se disuelve en el electrolito, mientras que la mayor parte del oxígeno gaseoso permanece en forma de burbujas en la interfaz placa/separador. El separador AGM tiene una estructura no uniforme, por lo que el oxígeno se acumula en áreas con baja densidad de fibra en la superficie del AGM (estructura suelta) o en algunas áreas vacías entre la placa y el separador (electrodo tubular/AGM).
Aplicar presión al grupo polar puede acercar el contacto entre la superficie de la fibra de vidrio y la superficie de la placa, promoviendo la penetración de oxígeno en el separador. Hay dos mecanismos de reacción posibles:
1. Cuando la presión del grupo polar es baja, el volumen de gas acumulado en la interfaz placa/separador AGM aumenta. Bajo la influencia de la gravedad, el flujo de aire aumentará verticalmente. El electrolito es dos veces más denso que el gas, lo que empuja al gas hacia arriba, hacia el espacio superior del grupo polar. De esta forma, el oxígeno abandonará el grupo polar. El caudal de gas vertical depende de la corriente que pasa a través de la batería, la temperatura del electrolito y el estado de la batería (como una batería nueva o una batería usada durante mucho tiempo).
2. Cuando la presión del grupo polar es alta, el deflector presiona firmemente la placa y las burbujas entran en el deflector. Las burbujas se mueven horizontalmente, intentando aumentar el canal de gas en el tabique. La densidad de la estructura del material de fibra de vidrio es desigual y las burbujas entran en las piezas con baja densidad de fibra. Las burbujas se mueven no sólo aleatoriamente, sino también paralelamente y en dirección perpendicular a la superficie del separador. Sin embargo, el flujo de aire se mueve principalmente a través del separador AGM hacia la placa negativa con la menor presión de gas, y el gradiente de presión empuja el oxígeno en esta dirección. Bajo la acción de la presión, el gas reemplaza el electrolito en los microporos del diafragma y forma así un canal de gas. Cuando se forma un canal de gas continuo, se acelera el movimiento de oxígeno entre la placa positiva y la placa negativa.
Durante la producción de particiones AGM para baterías VRLA, el espesor de las particiones se mide a una presión estándar de 10 kPa. Para aumentar el contacto entre la placa y el separador, se comprime el grupo polar (la materia activa), reduciendo el espesor del separador en aproximadamente un 25%. El grupo de polos de la batería estacionaria alta se asegura con una venda de plástico antes de cargarlo en el tanque de la batería para mantener la presión del grupo de polos.
En resumen, el separador AGM está dotado de más funciones, imprescindibles para la batería AGM, nada menos que la placa positiva y la placa negativa. El grupo polar mantiene una determinada presión, además de conseguir la transmisión de oxígeno, es más importante asegurar la conductividad del separador. Más sobre esto en tweets posteriores.
