Для чего используются сепараторы в аккумуляторных батареях?
15 сентября 2021 г.
Сепаратор, как и следует из его названия, служит для разделения электродов в ячейке аккумуляторной батареи. Поскольку принципиальной разницы его роли в различных типах элементов не имеют, то есть смысл рассмотреть данную часть в самых распространённых АКБ, занимающих четыре пятых реального рынка. Это свинцово-кислотные аккумуляторы, где работает сам металл, его диоксид, сульфаты и серная кислота в водяном растворе.
Роль сепараторов и требования, к ним предъявляемые
Суть разделения электродов состоит в соблюдении чисто механического их дистанцирования, при этом контакты на электрохимическом уровне, необходимые для прохождения реакций и электрического тока наоборот, должны максимально облегчаться:
- исключение электрических контактов, ведущих к внутренним коротким замыканиям электродов;
- чёткое обозначение и фиксация расчётных промежутков между электродами;
- регулирование перемешивания масс раствора серной кислоты в рабочем промежутке;
- газовая проницаемость для образующихся водорода и кислорода;
- минимизация электрического сопротивления между активными массами пластин;
- механическая прочность, сохраняющая характеристики элемента при внешних нагрузках;
- препятствие для разрушения активных масс;
- исключение быстрой сульфатации электродов крупными кристаллами;
- стабильность вещества сепаратора в различных режимах, больших токовых нагрузках, повышении температуры, давлении со стороны активной массы;
- химическая пассивность против воды, кислоты и образующихся при реакциях веществ.
Всё это приводит к необходимости применения полимерных микропористых структур, достаточно прочных, но при этом и эластичных.
Вещества, используемые для сепараторов
Если ограничиваться требованиями микропористости и механической прочности, то сепараторы можно изготавливать даже из дерева. Существовали батареи, где для этой цели применялся шпон различных пород, особенно ольховый или кедровый. Но современные материалы значительно эффективнее.
Структура материала может быть микропористой или перфорированной. В обоих случаях пропитываемость и электрическая проницаемость зависит на столько от исходного полимера или естественного органического вещества, сколько от технологии изготовления. В качестве примеров можно привести:
- тканевые структуры типа полотна из материала искусственного или естественного происхождения;
- волокнистые сепараторы, целлюлоза, стекловолокно, полимеры;
- пористые каучуки, поливинилхлорид и полиэтилен.
Иногда используемые материалы могут иметь фирменные наименования, скрывающие конкретный тип вещества, использованного для сепаратора. При разработке с выполнением требований по параметрам стойкости, физических и химических свойств, рецептура тщательно отрабатывается. Как и технология изготовления, поскольку обеспечить высокую объёмную пористость и микроструктуру при полной монолитности и инертности исходного материала очень непросто. Приходится фактически использовать технологию литья, используя полимер как форму с последующим вымыванием наполнителя.
Сепараторы для батарей со связанным электролитом
В наиболее эффективных на сегодняшний день свинцовых батареях типа AGM бренда «Sacred Sun» роль сепаратора стала принципиальной, поскольку в нём находится электролит в полностью абсорбированном виде. Такие аккумуляторы могут работать в любом положении, имеют увеличенный срок службы и прочие достоинства.
Для AGM применяются стекловолоконные сепараторы в виде матов нетканой конструкции. Электролит заключён внутри, что обеспечивает эффективную рекуперацию газообразования, вентиляция не требуется, и батарея становится герметичной необслуживаемой. В качестве дальнейшего технологического развития сепаратор выполняется составным, где каждая его часть отвечает за оптимизацию своей функции, обеспечивая пористость, абсорбцию, проводимость и прочие роли.