Аккумуляторы технологии dryfit

Герметизированные гелевые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, не требующие обслуживания в течение всего срока эксплуатации, завоевали за последние 25 лет прочные позиции на рынке автономных источников тока. Герметизация гелевых аккумуляторов достигается посредством установки в заливочное отверстие клапана избыточного давления и связывания электролита путем загущивания его до желеобразного состояния или впитывания в пористую, непроводящую электричество среду, выполняющую одновременно функции сепаратора. Данная технология, называемая технологией dryfit, обеспечивает дополнительные преимущества по сравнению с традиционной. Аккумуляторы, изготовленные по данной технологии, называются гелевыми аккумуляторами или аккумуляторами технологии dryfit.

Дополнительные преимущества гелевых аккумуляторов:

• Полностью необслуживаемые, не требуют долива воды.
• Высокая теплоемкость, благодаря большому запасу электролита, и, как следствие, неподверженность эффекту терморазгона.
• Возможность длительного хранения (до 2-х лет) благодаря низкому саморазряду аккумуляторов.
• Гелевые аккумуляторы устойчивы к внутренним коротким замыканиям.Аккумуляторы, изготовленные по технологии dryfit, с намазными пластинами имеют как правило, больший циклический ресурс, чем AGM аккумуляторы или аналогичные по конструкции батареи с жидким электролитом.
• Применение трубчатой положительной пластины в комбинации с желеобразным электролитом обеспечивает длительный срок службы и высокую циклическую устойчивость гелевых аккумуляторов наряду с отсутствием необходимости в обслуживании (доливе воды).
• Аккумуляторы технологии dryfit устойчивы к глубоким разрядам.
• Гелевые аккумуляторы предназначены для эксплуатации в помещениях с естественной вентиляцией, в том числе в помещениях с технологическим оборудованием и обслуживающим персоналом и могут быть установлены как на изолированных стеллажах, так и в специальных батарейных шкафах, имеющих воздухообмен с окружающей средой.Благодаря технологии dryfit отсутствует риск вытекания серной кислоты.
• Готовые к эксплуатации элементы и блоки Sonnenschein не имеют ограничений по перевозкам автомобильным, железнодорожным, водным и авиатранспортом.
• Более чем 50-летний опыт производства гелевых аккумуляторов технологии dryfit гарантирует высокий уровень качества продукции, безопасность и надежность в эксплуатации.

Все началось с доктора Зонненшайна

В 1854 году немецкий врач Вильгельм Зинстеден провел несколько интересных опытов. Поместив свинцовые электроды в раствор серной кислоты (электролит) и пропуская по ним ток, он обнаружил, что положительный электрод покрывается двуокисью свинца, в то время как отрицательный остается чистым. Но это еще не все. Если прекратить «подпитку» от внешнего источника и замкнуть такой элемент накоротко, то в нем начинал протекать постоянный ток, и продолжалось это до тех пор, пока вся двуокись свинца, образовавшаяся на положительном электроде, не растворялась в кислоте. К сожалению, Зинстеден не сделал никаких выводов из проделанной работы, и лавры изобретателя первой свинцовой батареи достались Гастону Планте. Для него создание аккумулятора тоже было не самоцелью, а лишь инструментом для проведения ряда экспериментов по изучению природы электричества, главным образом атмосферного электричества, линейных и шаровых молний, которые он пытался воспроизвести в условиях лаборатории.

Дальнейшая история развития научно-технических решений и технологии производства свинцово-кислотных аккумуляторов представляла собой постепенное совершенствование конструкции и технологии производства классических аккумуляторов с жидким или свободным электролитом, которые в настоящее время выпускаются в огромном количестве и широко используются в самых разных областях техники.

В то же время и производители, и потребители вполне закономерно мечтали об аккумуляторе, который не требовал бы регулярного обслуживания в части пополнения дистиллированной водой, измерения плотности электролита, был бы безопасен с точки зрения утечки кислоты и выделения водорода при заряде, не требуя организации специальной вентиляции.

Целенаправленные усилия ученых и инженеров компании Sonnenschein, основанной в Берлине в 1910 году учеником Макса Планка – Теодором Зонненшайном привели к созданию первого в мире промышленного образца необслуживаемого герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора с загущенным электролитом. В 1958 году был получен патент на гелевые аккумуляторы системы dryfit и было начато их серийное производство.

• 1910 - Основание Теодором Зонненшайном, учеником Макса Планка, аккумуляторного завода в Берлине.
• 1946 - Основание завода, который становится штаб-квартирой фирмы Зонненшайн в г. Бюдинген.
• 1958 - Фирма Зонненшайн создает первый в мире, необслуживаемый аккумулятор и заявляет патент на технологию, получившую название dryfit.
• 1995 - Фирма Зонненшайн переходит под контроль концерна EXIDE - мирового лидера в производстве свинцово-кислотных аккумуляторов.
• 2010 - С октября 2010 года промышленное подразделение концерна называется GNB Industrial Power.

Устройство аккумулятора технологии dryfit

Гелевый аккумулятор, изготовленный по технологии dryfit, состоит из положительного и отрицательного пакетов пластин, разделенных между собой микропористыми сепараторами. Пластины в каждом из пакетов соединены с общим токоотводом (мостом). К мосту приварен вывод (борн). Для блочных аккумуляторов dryfit пакеты пластин соединяются с помощью сварки последовательно с соседним пакетом пластин через специальные отверстия во внутренних стенках корпуса, что позволяет получить напряжение сборки от 4 до 12 В. В случае блочных аккумуляторов борн приваривается к крайним мостам.

В гелевых аккумуляторах пакеты пластин установлены в корпус из непрозрачного ударoпрочного пластика САН, АБС или ПП.

Крышка аккумулятора технологии dryfit герметично соединена с корпусом, места вывода борнов также герметизированы. Конструкция вывода и способ герметизации полюса гелевого аккумулятора зависит от типа гелевой аккумуляторной батареи и размера элемента или блока. В крышке имеется одно или несколько (в зависимости от емкости и общего напряжения аккумулятора) отверстий, через которые происходит заполнение аккумулятора электролитом в процессе производства. Затем в заливочное отверстие устанавливается клапан избыточного давления.

Клапан избыточного давления 

Клапан устанавливается в каждое заливочное отверстие гелевого аккумулятора. Клапан предназначен для поддержания избыточного давления внутри аккумулятора, что требуется для оптимального прохождения процесса рекомбинации газов.

GNB Industrial Power применяет в производстве герметизированных аккумуляторов dryfit клапаны избыточного давления только собственного изготовления, обращая особое внимание на важность данного элемента для надежности работы аккумулятора. Давление срабатывания клапана строго фиксировано и составляет 150-200 миллибар превышения над атмосферным давлением. Все клапаны перед установкой в гелевые аккумуляторы технологии dryfit подвергаются обязательному сплошному контролю, что выгодно отличает продукцию GNB Industrial Power от продукции многих конкурентов.

Конструкция и герметизация выводов моноблоков технологии dryfit

Типы выводов для моноблоков отличаются своим многообразием. Это и штекерные выводы шириной 4,8 и 6,3 мм (типы S и SR), и выводы под болтовое соединение (G, M, F), отличающиеся внешним видом, типами и диаметрами резьбы применяемых для монтажа болтов, моментами затяжки и др., конусный вывод (А), а также прочие специальные типы выводов. Некоторые варианты типов выводов показаны на рисунках.

 

Основы надежности аккумуляторов технологии dryfit

Электролит в аккумуляторах технологии dryfit находится в связанном состоянии – загущен до состояния геля – что в отличие от традиционной технологии аккумуляторов со свободным электролитом, обеспечивает условия для рекомбинации разложившейся при электролизе воды. Реакция рекомбинации – то есть соединения образовавшегося кислорода с ионами водорода из раствора электролита – протекает в гелевых аккумуляторах настолько эффективно, что долив воды в течение всего срока службы батарей не только не требуется, но даже запрещен.

В производстве аккумуляторов с желеобразным электролитом применяются не содержащие сурьмы сплавы решеток положительных и отрицательных электродов – пластин аккумуляторов. Легирование сурьмой традиционно используется в технологии производства свинцово-кислотных аккумуляторов. Сурьма придает свинцу хорошие литьевые свойства, механическую прочность, а в ходе эксплуатации устойчивость при работе на циклическую нагрузку. Однако, наряду с полезными свойствами, она увеличивает саморазряд батареи и приводит к повышенному газовыделению при заряде. Все это противоречит концепции герметизированных гелевых аккумуляторов, поэтому при отливке решеток пластин в технологии dryfit применяется легирование свинца другими материалами, а именно оловом и кальцием. Олово выполняет функцию сурьмы в части обеспечения адгезии активной массы к решетке пластины и устойчивости в циклических режимах эксплуатации, кальций придает пластинам механическую прочность.

Аккумуляторы технологии dryfit отличаются устойчивостью к внутренним коротким замыканиям пластин, так как желеобразный электролит препятствует образованию крупных кристаллов сульфата свинца и росту дендритов (свинцовых игл). Все это делает возможным восстановление емкости гелевого аккумулятора даже после глубокого разряда.

Большой запас электролита в аккумуляторах обеспечивает их надежную работу в сложных температурных условиях, таких как повышенная температура окружающей среды, а также возможность разряда с частичным снятием емкости при отрицательной температуре без риска замораживания электролита.

Гелевые аккумуляторы не подвержены такому явлению, как расслоение плотности электролита по высоте. Этот эффект характерен для аккумуляторов с жидким электролитом, как находящимся в свободном состоянии, так и впитанным в стекловолоконный сепаратор. Он объясняется тем, что при заряде свинцово-кислотного элемента вблизи его электродов образуется концентрированная серная кислота с высокой удельной массой по сравнению с плотностью разбавленной серной кислоты, которая под действием силы тяжести стремится опуститься на дно аккумуляторного элемента, обедняя тем самым поверхностные слои электролита. Гель представляет собой объемную структуру, где, в идеале, каждая молекула жидкости пространственно связана мельчайшими частицами «желеобразователя», поэтому разделение электролита по плотности чрезвычайно затруднено и практически не наблюдается, даже в конце срока эксплуатации.

Технология dryfit позволяет применять положительные пластины различной конструкции – как плоские намазные, так и трубчатые (панцирные). Использование последних дает возможность достичь наивысших показателей как по сроку службы, так и по количеству циклов разряд-заряд, что особенно важно для тяговых аккумуляторов.

Таким образом, аккумуляторы, произведенные по технологии dryfit, с желеобразным электролитом обладают исключительно низким газовыделением, не требуют обслуживания в ходе эксплуатации, обеспечивают циклический ресурс, не уступающий показателям батарей классической технологии, устойчивы к глубоким разрядам, повышенным рабочим температурам, не подвержены внутренним коротким замыканиям и эффекту расслоения плотности электролита по высоте. Крайне низкий саморазряд гелевых аккумуляторов позволяет хранить их до двух лет без подзаряда.

Как работает гель? Рекомбинация

Гелевые аккумуляторы состоят из положительно и отрицательно заряженных электродов (пластин), разделенных сепараторами. Проводимость между пластинами обеспечивает электролит, который в случае свинцово-кислотного элемента представляет собой водный раствор серной кислоты. В традиционной технологии применяется жидкий электролит, который заполняет все свободное пространство аккумулятора.

Для приготовления электролита гелевых аккумуляторов в раствор серной кислоты добавляют специальное вещество – загуститель или «желеобразователь», превращающее жидкий электролит в вязкую субстанцию, которая также заполняет весь свободный объем элемента или блока, за исключением его самой верхней части под крышкой аккумулятора. Через некоторое время после залива, электролит в аккумуляторе технологии dryfit приобретает еще большую вязкость за счет того, что частицы загустителя объединяются в пространственную структуру и связывают молекулы жидкости в трехмерную, объемную сеть.

В процессе эксплуатации аккумуляторов в желеобразном электролите образуются микротрещины (каналы) по которым газ, образующийся при заряде аккумулятора, может свободно перемещаться от одного электрода к другому. Тем самым в гелевом аккумуляторе создаются условия для преимущественного протекания реакции, обратной реакции разложения воды – реакции рекомбинации.

Рекомбинация

В конце заряда свинцово-кислотного аккумулятора, когда сульфат свинца практически полностью преобразован в активные вещества положительного и отрицательного электродов, энергия электрического тока в основном расходуется на электролиз воды с образованием кислорода и водорода.

Термин рекомбинация, применительно к свинцово-кислотному аккумулятору, означает процесс, обратный электролизу, то есть взаимодействие высвобождающихся при заряде кислорода и водорода с образованием молекул воды. Именно данное явление, наблюдаемое при определенных условиях, обеспечивает возможность создания необслуживаемого аккумулятора с точки зрения регулирования уровня электролита в ходе эксплуатации. Данный процесс осуществляется в аккумуляторах технологии dryfit и AGM. Необходимым условием, обеспечивающим процесс рекомбинации, является прежде всего наличие микроскопических пор в объеме электролита, по которым может продвигаться газообразный кислород. Поры, образуемые волокнами матричного сепаратора в аккумуляторах технологии AGM, или микротрещины в геле в аккумуляторах технологии dryfit формируют каналы между пластинами разноименного знака, называемые также каналами рекомбинации.

Цикл взаимных превращений химических веществ в ходе реакции рекомбинации начинается на положительном электроде, где до молекулярного состояния восстанавливаются ионы кислорода. Высвобождающиеся при этом электроны поступают через замкнутую внешнюю электрическую цепь к отрицательному электроду. Ионы водорода остаются в электролите в растворенном состоянии и не преобразуются в газ. В отличие от открытых систем, в элементах с клапанным регулированием образовавшийся газообразный кислород не может сразу покинуть объем аккумулятора. Он продвигается по каналам рекомбинации к отрицательной пластине, где окисляет чистый свинец с образованием оксида свинца.

Окисленный свинец нестабилен в среде серной кислоты и под ее воздействием преобразуется в сульфат, в качестве побочного продукта реакции образуется вода. Наличие сульфата свинца на отрицательном электроде означает его частичную разряженность, которая естественным образом компенсируется током заряда. То есть сульфат свинца снова преобразуется в чистый свинец и серную кислоту с участием электронов из внешней электрической цепи и растворенных в электролите ионов водорода.

В связи с реализацией механизма рекомбинации гелевые аккумуляторы технологии dryfit и аккумуляторы технологии AGM не требуют долива воды на протяжении всего срока эксплуатации, а также характеризуются очень низким газовыделением.

Рекомбинация воды

Остерегайтесь подделок!

Несколько лет назад началось настоящее нашествие аккумуляторов технологии AGM из Китая. Надо отметить, что иногда качество китайского импортного продукта бывает вполне приемлемо, но часто случается, что в борьбе за и без того насыщенный рынок, дешевая второсортная продукция выдается за высококлассный товар, не уступающий по характеристикам самым лучшим европейским образцам. При этом недобросовестные производители заявляют явно завышенные сроки службы, электрические параметры и циклический ресурс, которые никогда не реализуются на практике.

Сегодня на европейском рынке все чаще всплывают "гель"-аккумуляторы из Азии, которые позиционируются изготовителем как гелевые аккумуляторы, изготовленные по технологии dryfit. Разнообразие идей велико: от простой переклейки этикеток на аккумуляторы AGM до гелевых аккумуляторов с желеобразным электролитом, но очень плохого качества. Встречаются также и комбинированные варианты, когда в стандартный аккумулятор технологии AGM добавляется небольшое количество желеобразного вещества непонятного назначения, которое фактически не является рабочей средой и не принимает участие в токообразующих реакциях.

Новые "выгодные" гель-аккумуляторы различных производителей, недавно появившиеся на рынке, часто имеют официальные характеристики якобы равные по количеству циклов, сроку службы и электрическим параметрам аккумуляторам dryfit Sonnenschein. К ним прилагаются сертификаты качества и многочисленные знаки технического контроля, но все это, чаще всего – не более, чем умелая подделка оригинальных гелевых аккумуляторов.

Практика неумолимо доказывает, что дешевые батареи в лучшем случае не дают ожидаемого экономического эффекта от их применения, а в худшем - оказываются опасным браком.

Принимая технически сложные и ответственные решения, обращайте внимание на репутацию, историю и традиции производителей промышленного оборудования!