Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
Выбор критерия оценки электрохимических систем 6
Выбор электрохимических систем 9
Задачи в области развития свинцово-кислотных аккумуляторов 14
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 18
Анализ конструкции герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов большой ёмкости 18
Анализ элементов конструкции герметизированных свинцово кислотных аккумуляторов большой ёмкости 29
2.2.1. Конструкция токоотводов 29
2.2.2. Сепараторы 38
2.2.3. Активная масса 48
Заключение 53
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 55
Исследование влияния различных факторов на характеристики сепарационного материала типа AGM 55
3.1.1. Определение зависимости степени сжатия сепаратора от величины нагрузки
3.1.1.1. Методика эксперимента 55
3.1.1.2. Результаты эксперимента и их обсуждение 57
3.1.2. Влияние степени электролитозаполнения на усадку сепаратора 59
3.1.2.1. Методика эксперимента 59
3.1.2.2. Результаты эксперимента и их обсуждение 62
3.1.3. Определение зависимости степени сжатия пропитанного кислотой сепаратора от величины нагрузки
3.1.3.1. Методика эксперимента 64
3.1.3.2. Результаты эксперимента и их обсуждение 66
3.1.4. Заключение по разделу 68
Исследование факторов, влияющих на степень удержания электролита по высоте аккумулятора 69
3.2.1. Математическая модель процесса стекания электролита в сепараторе под действием гравитационного поля 69
3.2.2. Методика оценки высоты электролитоудержания сепаратора
3.2.3. Результаты эксперимента и их обсуждение 74
3.2.3.1. Влияние степени сжатия сепаратора на распределение электролита по высоте 74
3.2.3.2. Влияние концентрации кислоты на распределение электролита по высоте 80
3.2.3.3. Влияние контакта сепаратора с электродами на распределение электролита по высоте 82
3.2.3.4. Влияние марки сепаратора на распределение электролита по высоте 84
3.2.3.5. Исследование высоты и скорости капиллярного подъёма электролита в сепараторе 87
3.2.3.5.1 Методика эксперимента 87
3.2.3.5.2 Результаты эксперимента и их обсуждение 87
3.2.4. Заключение по разделу 101
Конструкционные решения, обеспечивающие удержание электролита по высоте сепаратора 103
3,3.1. Упругий элемент 103
3.3.1.1. Принцип конструкционного решения 103
3.3.1.2. Выбор оптимального значения степени сжатия сепаратора 103
3.3 Л .2,1 Методика эксперимента 103
3.3.1.2.2 Результаты эксперимента и их обсуждение 104
3.3.1.3. Проверка эффективности упругих элементов в составе герметизированных аккумуляторах 109
3.3.1.3.1 Методика эксперимента 109
3.3.1.3.2 Результаты эксперимента и их обсуждение 112
3.3.2. Зоны нулевой пористости 113
3.3.2.1. Принцип зон нулевой пористости 113
3.3.2.2. Технология нанесения зон нулевой пористости 115
3.3.2.2.1 Методика эксперимента 115
3.3.2.2.2 Результаты эксперимента и их обсуждение 119
3.3.2.3. Оценка эффективности применения зон нулевой пористости 120
3.3.2.3.1 Методика эксперимента 120
3.3.2.3.2 Результаты эксперимента и их обсуждение 121
3.3.3. Заключение по разделу 124
Использование сдвоенных электродов с целью повышения коэффициента использования активных масс 125
3.4.1. Принцип конструкционного решения 125
3.4.2. Испытание макетов аккумуляторов со сдвоенными положительными и отрицательными электродами 126
3.4.2.1. Методика эксперимента 126
3.4.2.2. Результаты эксперимента и их обсуждение 127
3.4.3. Заключение по разделу 132
Исследование возможности использования гелеобразного электро
лита для снижения эффекта оплывания положительной активной массы. 133
3.5.1. Методика эксперимента 133
3.5.2. Результаты эксперимента и их обсуждение 134
3.5.3. Заключение по разделу 138
4. ВЫВОДЫ 139
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение к работе
Свинцово-кислотные аккумуляторы сегодня занимают 80-85% рынка химических источников тока, являясь бесспорным лидером в области автомобильных, стационарных и тяговых аккумуляторов. Однако постоянно возрастающие требования, предъявляемые к автономным энергетическим системам и комплексам, требуют качественного повышения характеристик свинцовых аккумуляторов. В этой связи необходимо ответить на два вопроса:
- Способны ли свинцово-кислотные аккумуляторы обеспечить возрастающие требования к эксплуатационным характеристикам источников тока?
- Есть ли реальная альтернатива свинцовым аккумуляторам?
Используемые в настоящее время свинцово-кислотные аккумуляторы (СКА) имеют относительно небольшой срок службы, и поэтому важной задачей является разработка СКА со сроком службы до 15-20 лет и выше.
Значительной проблемой при эксплуатации СКА в закрытых помещениях является газовыделение из аккумуляторов, что, с одной стороны, требует применения систем дожигания газов и вентилирования помещений, а с другой стороны, определяет значительный объём регламентных работ по обслуживанию батарей, затраты на которые могут быть иногда соизмеримы с первоначальной их стоимостью. Так, расчёт, выполненный в работе [1], показывает, что для буферных свинцовых батарей, работающих в составе солнечных энергетических установок и обеспечивающих суммарный ресурс 10000 циклов, затраты на приобретение свинцовых батарей (7-13 батарей) составляют 560-1000 USD/кВтч, а затраты на обслуживание, соответственно, 600-1200 USD/кВтч. Кроме того, выделение газов создаёт потенциальную опасность, связанную с образованием взрывоопасных газовых смесей.
СКА имеют ограничения по ориентации их в пространстве, что создает определенные сложности при компоновке батарей.
Актуальной проблемой является снижение саморазряда аккумуляторов, что позволяет увеличить продолжительность периодов между зарядами. Само 7 разряд свинцовых аккумуляторов сегодня относительно высок и составляет 0.5-1.0 % в сутки.
Одной из важнейших потребительских характеристик аккумуляторов является степень безопасности их эксплуатации.
Многие электрохимические системы, особенно имеющие высокие удельные энергетические характеристики, являются потенциально опасными, способными создавать аварийные ситуации (возгорание, выделение сильно токсичных газов и т.п.). Так, например, при деградации твёрдого электролита в натрий серных аккумуляторах, возможен прямой контакт между жидкими активными материалами и, как следствие этого, возгорание источника тока [2]. При этом потушить такое возгорание традиционными способами не представляется возможными из-за невозможности разделения топлива и окислителя. Возгорание и выделение токсичных газов возможно при перезаряде литий ионных аккумуляторов [3]. На практике часто бывает так, что рекламируемые высокие удельные энергетические характеристики отдельных электрохимических систем значительно снижаются за счёт вспомогательных систем безопасности, теплоизоляции, управления и т.д.
Большое значение в настоящее время придается вопросу трудозатрат при эксплуатации аккумуляторных батарей (АБ). СКА требуют проведения регламентных работ при эксплуатации, связанных в основном с потерями воды электролитом.
