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无机颜料,新能源材料—首选科勒颜料

陶瓷颜料,新能源材料,亚氧化钛(Ti4O7),钛酸铜钙(CCTO),铜铬

 
 
 

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钛黑双极型阀控密封技术  

2010-11-01 18:21:20|  分类: 技术研发 |  标签: |举报 |字号 订阅

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钛黑双极型阀控密封技术

科勒颜料有限公司已经成功的应用双极型阀控密封制造技术,在简化铅酸电池的生产工艺,拓展铅酸电池的应用领域方面取得了优秀的成绩。这项技术非常适合作为电动汽车和可再生能源应用的解决方案。

传统的铅酸电池技术

传统铅酸电池由两个电极组成:正极由氧化铅(PbO2)组成,负极由海绵铅(Pb)组成。氧化铅和海绵铅都被制成一定的形态与铅网并列放置在一起,起到集流的作用。电极材料反应发生在电池充电和放电过程中,这个行为被描述成铅酸蓄电池的双硫酸理论。

钛黑双极型阀控密封技术 - 科勒颜料CEO - 陶瓷颜料—首选科勒颜料

  

铅电池由铅合金网络(集电器)组成,在铅合金网上的两侧,安置上形成电池两极的活性电极材料,然后通过隔膜分别隔开,以此产生电流反应。

一般的电池两极都会有极性标识(正负极标识)这些极性标识所代表的端头分别与电池的铅合金柱连接起来。

电池内有一些堆栈,这些堆栈(通常被称为单元格)被设计成具有一定大小的单元格,被整合到一个塑胶舱里面。

每一个单元格有2.0个伏特的电,然后通过将一定数量的单元格通过整合在一起,就构成了产生一定电能的电容。例如,6个单元格,每个为2.0伏,串联连接到生产12伏特电。然后,这些整合单元格的塑料舱通过电极棒联结在一起,从而组成一颗完整的电池。

不论是并行线路还是串行线路,电池里面的最后一个铅网与蓄电池头相连,通过铅柱为电池两端提供正极电与负极电。

这种基本的组合结构已经盛行了100年,尽管在科研方面投入很多,但是在基本的能量密度改进上还是没有取得多大的改进,而早在10年前在功率密度和占空比的改进上就已经取得了非常好的成绩。

目前,铅电池技术比较成熟,不同厂家提供的产品并无太大的差别。

尽管预测铅电池在现有市场中保持有稳固的市场地位,但是铅电池本身很难满足许多新兴高科技产业的应用,如电动汽车电池,现有的电动汽车充电电池是以镍作为主要材料的。

图1是传统的铅电池的隔膜,电极和网格叠加图示(编号:钛黑)。

 

传统的铅电池的建设

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铅电池在过去100多年的技术创新,主要集中于材料和零部件。

电解液(硫酸)腐蚀性质,减少或消除了电解液泄漏的可能。

在20世纪50年代,人们发现了在电解液中添加少量的二氧化硅能够使电解液固化成胶状物,这大大的降低了电解液的溢出倾向。

而在此之前,所有的实验都是在流动性的液体单元中填充硫酸电解质的类型。

进一步的研究显示,和理论预测相比,这些所谓的“凝胶”电池,并不需要那么多的维护,也不必要在电解质中添加那么多的水份。

结果发现,在胶体蓄电池充电的过程中,气体被重新组合成了水,大大减少了电池常规吸收水分量的需要。

在水中,电池电解液中的气体产生气泡并逃逸到空气中去。

通过增加一个小泄压阀,让电池避免与外界空气接触,能够消除蒸馏水的使用,免除第一次维护。阀控式电池(阀控式密封铅酸)诞生了。

大约在同一时间,工程师们发现,该空气复合过程产生的效能可以从本质上提高吸水玻璃隔离纤维(AGM)的使用。

AGM是一项重大的技术突破。这项技术能够让电池在任何使用情况下都保持密封,不溢出硫酸。并且,AGM技术大大延长了电池的寿命。

使用了AGM技术隔离纤维的阀控式密封铅酸电池在70年代末引入市场,占据了铅储电池的大部分市场。

阀控式密封铅储电池的防溢出性、免维护性使得他们在同行业电池市场中占据了更有利的竞争优势。

 

 

双极型阀控式铅酸电池(阀控式密封铅酸)电池

 

 

双极型阀控式密封铅酸蓄电池用单个的导电层取代了传统铅电池的多隔板,多铅网,多电池粘剂材料的设计,钛黑的双极性材料具有正负极可互换的性质,它既能作整个电池的框架材料,又能做电池的正极粘剂材料或负极粘剂材料。双极性阀控式铅酸电池的设计也可以摒除在传统电池内添加塑胶隔离舱、隔板等材料的使用。

每一个钛黑的双极原子与导电粘剂组合在一起,可产生2伏电。通过减少电池内部件和电极材料的数量,使得整个电池的能量密度提高了,大大减轻了电池的重量和体积,降低了电池的成本。

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图2是一个12伏双极6单元格组成电池示意图。

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12伏电池双极原理图(6个单元格)

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稳健性设计

双极型电池的发展瓶颈已经不在是从前材料的匮乏,而是如今的双极型材料(分流器)的制成工艺的缺失。

(在传统工艺电池中,)铅片是一种不错的选择,然而铅片的结构太薄弱,需要将铅片的厚度增强才能够电池严格的制作过程中始终维持原来的物理状态,因此在双极型电池的设计中需要将电池其他部件的重量相应的减轻。

另外,在电池的正常使用中,铅片还会慢慢被腐蚀变薄,最终被电解液(硫酸)蚀穿,造成电池电原子接触以至于短路无法使用。

此外,铅金属(电池)还展示出一个总所周知的(铅)密封困难的问题。

在目前(我们所说的)密封铅酸蓄电池中,需要密封的铅片的表面积相对较小,但是在两极的整个周边的基板必须是密封的,这样以防止电池电解液为活性正极电子和负极电子创造弥合空间。

因此,密封铅表面的模式比起传统电池的设计所展现出的可信度问题更具有可比性。

因此,该材料一定是被用做电池基材的。

 

高导电性

铅蓄电池抗硫酸腐蚀性

可靠密封,有效防止电解液泄露

可制成各种电池形状

能够与活性粘胶剂很好的粘合

耐持久力

可批量生产

有效节约成本

科勒颜料有限公司技术实现了两极元素相结合,以满足与热固性树脂钛黑和铅合金粉箔这些设计要求。

 

双极型电池设计的优点

从理论上的可行性来讲,铅酸行业内早已意识到了双极型电池的优势,尤其是双极型铅酸电池具有的优势。

双极型建设:

1.缩短了电池的正极和负极的电流通路。降低了电池的电流内阻,提高电力的输送。

2.在电极表面创建一个统一的电流分配和负荷潜能,能够提供更多吸附材料的有效使用。

这两个设计概念都显示在图3中的动态图中,其中长,电流流复杂的路径在常规电池可以在图片3中看到。

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图3  传导通路内的铅蓄电池-四伏常规(单极)设计VS双极设计

 

3.可在小空间内生产高电压电池,这是一个优势,因为高电压是在大多数电气设备的运行效益。 电池行业使用安培(AH)大小来衡量电池(蓄能量的多少)。

双极型电池也可以设计到并行电路上来增加储能量,用同样的方式,锂离子电池被装备到笔记本电脑的电源上。

 

环境效益

钛黑不只是提供更好的性能。而且它不会污染环境。

与传统的铅酸产品相比,科勒颜料有限公司提供解决环保问题的方案:

适合进入铅酸电池(约98%是可回收的)完善的回收流

取代镍

同样的,相比传统铅酸蓄电池,双极型电池的铅含量减少了40%

钛黑使用钛做原材料,钛金属在地壳中非常丰富,也就是有供应充足的意思。

制造工艺和工序简单,减少对环境的影响

避免员工长时间暴露在铅环境中

降低运费(能够装运更多电池(由于双极型电池体积可多变,体积更小))

充电双极电池

科勒颜料有限公司双极电池能够使用在市场上销售的铅酸蓄电池充电器充电。

充电算法需要进行优化以取得最佳效果。

                                                                                                                              科勒颜料有限公司技术部

                                                                                                                                  http://www.color-pigment.com

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