Klady a zápory baterií s gelovým elektrolytem

Již více než století zůstávají olověné baterie (AB) stále relevantní díky své nízké ceně, nenáročnosti a téměř úplné absenci „paměťového efektu“. Měly však značnou nevýhodu – kvůli nutnosti odstranit plyny uvolněné během provozu nelze pouzdro baterie zcela utěsnit. Z tohoto důvodu a také kvůli použití kapalného elektrolytu jsou olověné baterie kritické pro jejich umístění v prostoru. Mohou být použity pouze v jedné přesně definované poloze.

12V olověná baterie

Pro použití na družicích a kosmických lodích se také nenašlo nic lepšího než olověné baterie, ale vyvstala otázka – jak dosáhnout provozu v jakékoli poloze a jak zajistit těsnost pouzdra? V rámci práce na tomto projektu vznikly dvě technologie – baterie AGM, kde je speciální sklolaminátový separátor napuštěný elektrolytem, ​​a tzv. gelové baterie (jinak GEL – Gelled ELectrolite), o kterých bude řeč v článku. Jako mnoho „vesmírných“ vynálezů se gelové a AGM baterie nakonec začaly používat v každodenním životě. Ano, protože mluvíme o špičkových technologiích, měli bychom varovat před používáním nesprávného termínu „gelové baterie“, který je rozšířen mezi běžnými uživateli. V těchto bateriích není žádné helium a pojem „gel“ znamená rosolovitou hmotu a je nám dobře známý na každodenní úrovni. Na první pohled je vše velmi jednoduché – do elektrolytu se přidává látka (nejčastěji sloučenina křemíku), která způsobí jeho zhoustnutí do rosolovitého stavu prakticky bez tekutosti. Toto řešení ale radikálně zlepšuje parametry baterie. Zároveň je zachována kontinuita s předchozími bateriemi – emf jednoho článku je stále 2,1 V.

Baterie s gelovým elektrolytem Fiamm série SMG Endurlite (OPzV Gel) – vlevo a série SMG12V Endurlite (Gel) – vpravo

Výhody gelových baterií

Žádný obrat

Gel se obalí kolem olověných destiček, čímž zabrání jejich odpadnutí. Díky tomu je eliminován vnitřní zkrat a je také sníženo samovybíjení. Ale co je nejdůležitější, uvolněné plyny zůstávají téměř úplně uvnitř gelu ve formě bublin, po kterých následuje vnitřní rekombinace, díky níž je pouzdro baterie zcela utěsněno. Aby se předešlo možnému „nafouknutí“ baterie, je v pouzdře umístěno několik jednocestných ventilů, kterými však gel nemůže vytéct. To umožňuje provozovat baterii v jakékoli poloze, i když se stále nedoporučuje provozovat gelové baterie pro široké použití v poloze „vzhůru nohama“ vzhledem k hlavní. Díky utěsněné konstrukci již není potřeba přidávat destilovanou vodu, a proto mají baterie AGM a GEL společný název „bezúdržbové olověné baterie“.

Nedostatečná tekutost gelu také zajišťuje bezpečnost v případě zničení bateriového pouzdra. V tomto případě kyselina neunikne. Tato okolnost je zvláště důležitá pro elektromobily.

Možnost úplného vybití

Olověné a AGM baterie nelze nechat zcela vybít, protože to způsobí, že se na olověných destičkách objeví krystaly síranu olovnatého. Toto spojení nevede elektřinu a je velmi obtížné jej odstranit z desek, aby se obnovila funkčnost baterie.

Přítomnost elektrolytu ve formě želé zabraňuje tvorbě krystalů síranu oxidu olovnatého, takže gelové baterie lze zcela vybít bez obav z jejich selhání. Další otázkou je, že pokud to není zbytečné, je lepší to nedělat, protože úplné vybití gelové baterie snižuje její životnost.

Dlouhá životnost

Počet cyklů nabití-vybití gelové baterie při plném vybití je cca 350, při vybití 50% jmenovité kapacity – cca 550, při vybití 30% – cca 1200. Správně provozovaná gelová baterie vydrží minimálně 7 let. Pro srovnání, běžné olověné baterie vydrží cca 2 roky, AGM baterie cca 5 let.

Struktura gelového elektrolytu v baterii Fiamm SMG zpomaluje vysychání článku, takže odhadovaná životnost 2V článků je 18 let

Nevýhody gelových baterií

Stát

Značnou nevýhodou GEL baterie je její cena. Při srovnatelné kapacitě je to přibližně 3krát více než u AGM a 5krát více než u tradičních olověných baterií. Tato nevýhoda je ale plně kompenzována vyšší životností.

Citlivost na přepětí

Nevýhodou spojenou s principem činnosti gelové baterie je její citlivost na napětí překračující určitou úroveň při nabíjení. Například baterii o jmenovitém napětí 12,6 V nelze nabíjet na napětí vyšší než 14,5 V. Při výrazném zvýšení napětí při nabíjení je pozorována změna struktury elektrolytu směrem k větší tekutosti. Z tohoto důvodu nemůžete instalovat například autogelové baterie do starších modelů, kde se velmi liší palubní napětí. Takové baterie jsou vhodné pouze pro moderní modely automobilů, kde je stabilizované palubní napětí. A samozřejmě je nepřípustné nabíjet gelovou baterii z nabíječky, která není přímo určena pro takové baterie.

Limity nabíjecího proudu

Potřeba zachovat rosolovitou strukturu elektrolytu také omezuje nabíjecí proud GEL baterií. A přestože takové baterie překonávají tradiční olověné baterie v rychlosti nabíjení, zaostávají za bateriemi AGM. Pro GEL baterie platí jednoduché pravidlo – optimální nabíjecí proud v ampérech je číselně roven 10 % kapacity vyjádřené v ampérhodinách. Maximální přípustný nabíjecí proud je uveden v technické specifikaci baterie, je obvykle asi 3x větší než optimální.

Dlouhodobý zkrat může vést k „nabobtnání“ pouzdra gelové baterie a jeho úplnému selhání. Zkraty jsou však kontraindikovány i u jiných typů olověných akumulátorů.

Provozní teplota gelových baterií

GEL baterii lze skladovat a používat, dokud elektrolyt nezmrzne. V závislosti na modelu baterie se spodní teplotní limit pohybuje od -50 do -30 C. Ale v chladném počasí se gelové baterie chovají jinak než tradiční olověné baterie, vše závisí na typu zátěže.

Gelové baterie jsou optimálním řešením pro využití v alternativní energetice

Pokud mluvíme o zátěži, která je v průběhu času rovnoměrná, stejně jako o úrovni nabití baterie, která se velmi liší, což je typické například pro alternativní energetické systémy, pak GEL za studena demonstruje výhodu oproti tradičním olověným kyselinám. a AGM baterie.

V olověných a AGM bateriích hustota elektrolytu silně závisí na úrovni nabití během procesu vybíjení, elektrolyt může zamrznout, což nakonec vede k fyzické destrukci pouzdra. U gelových baterií je závislost hustoty elektrolytu na úrovni nabití mnohem méně výrazná, takže takovou baterii lze bezpečně skladovat v chladu i ve zcela vybitém stavu.

Ale jak teplota klesá, klesá náběhový proud GEL v mnohem větší míře než u jiných olověných baterií. Proto jsou při použití takových baterií ve vozech se spalovacími motory známy případy, kdy motor v silném mrazu nenaskočil.

Při aplikaci za zvýšených teplot mají gelové baterie výhody díky svému utěsněnému designu – není potřeba přidávat vodu, která se často odpařuje. Pokud teplota překročí maximální přípustnou hodnotu (v závislosti na konkrétním modelu se vyrábí GELOVÉ baterie, které jsou speciálně navrženy pro provoz při vysokých teplotách), dojde ke zkapalnění elektrolytu a tento proces je bohužel nevratný.

Aplikace gelových baterií

Uvažovaný typ baterií je optimální pro použití v alternativních energetických systémech. Baterie mohou pracovat za podmínek různé úrovně nabití v širokém rozsahu, včetně teplot pod nulou. Nedostatek požadované údržby umožňuje použití GEL baterií v pouličních lampách s autonomním napájením ze solárních baterií, baterií a větrných turbín.

Další oblastí využití gelových baterií v každodenním životě a průmyslu, kde nemají téměř konkurenci, jsou nepřerušitelné zdroje napájení. Použití takových baterií poskytuje zvláště velké výhody při napájení telekomunikačních zařízení, protože baterie jsou zapínány v režimu vyrovnávací paměti, ve kterém GEL technologie poskytuje životnost 10 – 15 let. Skříně s gelovými bateriemi, při napájení komunikačních zařízení vyznačujících se rovnoměrným zatížením v průběhu času, mohou být umístěny venku bez dalšího vybavení pro klimatizaci.

V Číně se nyní sériově vyrábí levná kompaktní elektrická auta pro cestování po městě nebo na blízkých předměstích. Gelové baterie se v takových vozidlech často používají k ukládání energie, protože jsou levnější než lithium-iontové baterie a nevyžadují další bezpečnostní opatření.

GEL FIAMM baterie, speciálně navržená pro použití v motocyklech

U dvoukolových vozidel se gelové baterie používají pouze ve startovacích systémech spalovacích motorů v motocyklech. V tomto případě jsou příliš těžké na to, aby poháněly elektromotory, a proto prohrály s LiFePo bateriemi.

Současným trendem ve vývoji vodní dopravy je používání elektrických člunů. Zpravidla jsou vybaveny GELOVÝMI bateriemi – po dokončení navigace lze baterie skladovat v nevytápěném hangáru bez starostí s dobíjením.

Výběr gelové baterie

Při výběru gelových baterií byste měli především věnovat pozornost následujícím parametrům:

• Jmenovité napětí;
• jmenovitá kapacita;
• maximální zatěžovací proud;
• rozsah provozních teplot nebo doporučený rozsah použití;
• doporučený režim nabíjení-vybíjení (vyrovnávací/cyklický);
• trvání doporučeného vybíjecího cyklu.

Při použití konkrétního modelu GEL baterie, kdy režim přesně odpovídá tomu, který doporučuje výrobce, vás baterie potěší spolehlivostí a dlouhou životností.

Pokud potřebujete profesionální radu ohledně baterie, pošlete nám zprávu!