Технология AGM

Середина XX века ознаменовалась поиском новых решений, затрагивающих конструкцию и принцип работу аккумуляторов. Улучшение характеристик существующих тогда батарей стало приоритетной задачей многих разработчиков. Классические свинцово-кислотные аккумуляторы со свободной кислотой уже не удовлетворяли запросы бурно развивающейся техники, поэтому революционное решение удалось предложить инженерам фирмы Gates Rubber Company. Это было начало 70-х годов, когда специалисты фирмы разработали принципиально новую систему строения, внутренней функциональности аккумулятора. Она называлась Absorbent Glass Mat, иными словами – технология AGM.

Широкое производство началось ознаменовалось только 1985 годом. Тогда батареи отлично зарекомендовали себя использованием различными областями, преимущественно военной техникой, телекоммуникационными устройствами.

Общий принцип строения свинцово-кислотных батарей

Однако за основу создания данной разновидности все же был взят классический аккумулятор свинцово-кислотного типа. Для начала следует разъяснить общее строение батареи, чтобы лучше понять, какие новшества были введены американскими инженерами.

Основа внутренней конструкции – это электродные пластины, которые изготавливаются, как можно догадаться, из свинца. Взаимодействие с пластинами осуществляет электролитное вещество, являющееся раствором серной кислоты (H2SO4). С электродами происходит процесс запрессовывания, когда внутрь решетчатых пор свинца добавляется специальная активная масса, впоследствии участвующая в химическом процессе между электролитом и электродами. Активная масса положительного электрода (анода) – это диоксида свинца, химически который можно обозначить как PbO. Отрицательные пластины (катоды) «оснащаются» активной массой – обычным губчатым свинцом, формула которого Pb.

Электродные пластины разделяются между собой специальным элементом, называемым инженерной терминологией сепаратором. Данный сепаратор препятствуют возникновению замыканий внутри конструкции, когда происходит процесс разряда или заряда аккумуляторной батареи.

Стоит отметить, что современные электродные решетки изготавливаются преимущественно из «разбавленного» свинца, так как чистый вид его имеет не совсем те характеристики, которые необходимы при химическом взаимодействии электродов и электролитного вещества. Физические свойства «плюмбума» таковы, что из-за своей слабой прочности он попросту «растает» при первом же или повторном процессе заряда-разряда. Иногда «комплект» свинца пополняется более твердыми металлами, например, сурьмой или кальцием. Последний металл добавляется достаточно редко, причем интересно, что только один электрод его содержит – анод или катод.

Итак, электродные решетки погружены внутрь электролита – раствор серной кислоты, при зарядно-разрядном процессе они взаимодействуют друг с другом. Интересно, что современные разработчики используют для приготовления раствора только воду дистиллированную, иначе агрессивный химический состав обычной воды с различными примесями будет негативно сказываться на целостном химическом процессе.

Принцип работы AGM аккумуляторов

Таким образом, общая картина строение стандартного аккумулятора свинцово-кислотного типа нам теперь известна. Каким же образом изменилось строение батареи с началом применения технологии AGM. Кстати, мы расшифровали только ее аббревиатуру, но не сказали, как же переводится название этой технологии. На русском языке она звучит следующим образом: «прокладка абсорбента из стекловолокна».

Имея даже поверхностные знания в области химии, физики, можно заранее предположить уже расширенную картину строения нашего аккумулятора. Действительно, дополнительным элементом, внедренным внутрь классической комбинации «свинец – кислотный электролит», является специальная абсорбирующая прокладка, изготовленная из стекловолоконных материалов. И вот теперь говорить о какой-либо «свободе» нашего электролита нельзя (вспомните батареи со «свободной кислотой»). Потому теперь за сдерживание того во многих случаях «непослушного» элемента отвечает специальный стекловолокнистый абсорбент. Иными словами, абсорбирующие пластины ограничивают «свободу» серной кислоты, но одновременно это ограничение идет во благо пользователя.

Теперь весь электролит распределяется не только по активным массам электродных пластин, но одновременно по пористым структурам внедренного абсорбента. Встает вопрос – для чего нужна эта дополнительная пластина из стекловолокна? Зачем сдерживать наш электролит? Для начала заметим, что все электролитное вещество распределяется по абсорбирующей пластине таким образом, что заполнялись только мелкие поры. Крупные поры остаются свободными, участвуют в очень важном для этой технологии процессе.

Принцип рекомбинации газов стал возможен только с применением стекловолокнистого абсорбента. Батареи со свободной кислотой такой процесс был невозможен, поэтому газы выделялись через специальные отверстия на корпусе аккумулятора. Сейчас же AGM батареи являются полностью необслуживаемыми. Свободные крупные поры абсорбента необходимо для того, чтобы между ними беспрепятственно циркулировали газы, активно выделяющиеся результатом внутренних химических процессов.

Нынешний же рекомбинационный процесс выглядит следующим образом. Для начала обозначим исходную ситуацию, которая происходит в классических батареях свинцово-кислотного типа. Во время заряда батареи происходит распад молекулы воды (кто забыл, формула воды – H2O). Молекула распадается, соответственно, на два составляющих ее строения газа – водород и кислород, то есть H и O соответственно. Как уже отмечалось, выделенные таким образом газы выходят через специальную вентиляцию (отверстия), предусмотренную на корпусе аккумуляторов. Если кто не заметил, вода расщепляется, а затем испаряется в виде газов, иными словами, внутри аккумулятора ее становится меньше. Стандартные батареи постоянно необходимо обслуживать – доливать воду.

С созданием аккумулятором AGM был решен этот недостаток благодаря системе рекомбинации газов, поэтому теперь они относятся к аккумуляторам полностью необслуживаемого типа. Мы уже отметили, что электролитное вещество удерживается специальной пластиной из стекловолокна, оно располагается внутри ее мельчайших пор. Результат распада водной молекулы не застает выделяемые газы врасплох. Если классические аккумуляторы отрабатывали их через вентиляцию, то здесь происходит совершенно другой процесс:

• выделенная молекула кислорода быстро перемещается на от анода (положительной электродной пластины) к отрицательному электроду;
• на катодной пластине кислород удерживается, пока не происходит новый процесс рекомбинации;
• посредством нового рекомбинационного процесса кислород отщепляется от катода, затем заново образует воду с расщепленной молекулой водорода.

Таким образом, пользователь современного аккумулятора AGM больше не беспокоится о состоянии, количестве воды внутри батареи. Однако стоит сразу же заметить, что идеальных конструкцией не бывает, химические процессы иногда идут не так, как планируется человеком. Поэтому выделение незначительного и редкого количества газов все же присутствует. Этот излишек выделяется через специальный клапан, предусмотренный на корпусе.

Батарея AGM: преимущества, недостатки использования

Теперь детальнее по говорим о преимуществах применения подобных конструкций, об их основных эксплуатационных достоинствах:

• благодаря герметичному корпусу становится невозможным пролив электролита, а дополнительный абсорбирующий элемент сводит его на нет;
• обладают большей предрасположенностью к циклическому режиму функционирования;
• в пять раз быстрее заряжаются по сравнению с классическими моделями со свободной кислотой;
• не испаряется вода благодаря газовой рекомбинации, оригинальному внутреннему строению;
• аккумуляторы надежнее себя чувствуют во время вибрационных процессов благодаря многослойности структуры;
• более продуктивная работа при пониженных температурах.

Аккумуляторы AMG по сравнению с традиционными батарейными решениями имеют более позитивные эксплуатационные характеристики. Однако здесь не обошлось без недостатков. Основной «потребительский» недостаток – это более высокая цена сравнительно классических моделей. Однако, если сравнивать их с гелевыми, то цена окажется вполне доступной. Удельная энергоемкость данных моделей достаточно низкая. Также нельзя не сказать о токсичности материалов, однако противовес – это наличие меньшего количество свинца, электролита (кислоты). Еще один момент: батареи достаточно чувствительны, когда напряжение зарядки резко увеличивается.

Но со всеми этим недостатками можно справиться, потому что неоспоримые преимущества применения моделей AGM делают их наиболее востребованными различными областями электрического дополнительного питания.

Применение, особенности эксплуатации

Из эксплуатационных особенностей можно выделить следующее: батареи, построенные на технологии абсорбирующей прокладки, необходимо хранить постоянно заряженными. Также мы уже обозначили, что батареи чувствительны к повышенному напряжению зарядного процесса. Нормальным считается напряжение примерно 2.4В на одну ячейку, а вот подзарядка аккумулятора должна осуществляться более пониженными параметрами – не более 2.3В. Особенно при достаточно жаркой погоде, когда напряжения требуется еще меньше. Стандартное зарядное напряжение современных машин – 14В (то есть на каждую ячейку приходится 2.4В). Поэтому если автомобиль оснастись моделью AGM, это может негативно сказаться на функционировании последней. С такой эксплуатационной особенностью необходимо считаться при переоборудовании авто новым аккумулятором.

Также не следует устанавливать их вблизи элементов, которые нагреваются, так как нагрев – не совсем позитивное воздействие для подобных моделей. Если это автомобиль, то лучше всего найти для него место вдали от отсека, где расположен мотор. Если же это какая-то другая установка, целесообразно будет выбрать место вдали от нагревающихся агрегатов.

И наконец применение. Актуально использование современных батарей, построенных на данной технологии, в разных областях – медицинские установки, системы бесперебойного питания, навигационное оборудование, телекоммуникационная техника, автомобили. Благодаря своим внутренним свойства, неоспоримым преимуществам использования данные модели становятся наиболее востребованными этими областями.