يتم تطبيق بطاريات الرصاص الحمضية في العديد من التطبيقات نظرا لموثوقيتها وفعاليتها من حيث التكلفة. تشمل بعض التطبيقات الشائعة السيارات (لشحن الأجهزة مثل الجريان السطحي) ، وتخزين الطاقة المتجددة (الألواح الشمسية) ، وإمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS). يتضمن إجراء تصنيع حمض الرصاص العديد من التقنيات الرئيسية التي تلعب دورا مهما في تعزيز المتانة. في هذه المقالة ، سنناقش العمليات المختلفة التي ينطوي عليها صنع هذه البطاريات ، ونسلط الضوء على جوانبها الفنية والسماح لنا بفهم المزيد عنها. سيساعدنا هذا في ملاءمة أنظمتنا وفقا لذلك.
1. تكنولوجيا الختم الحراري مقابل تقنية ختم الغراء
الميزات التقنية:
تقنية الختم الحراري هي نهج مدروس جيدا لختم وحدات بطاريات الرصاص الحمضية . في الأساس ، يتم استخدام الحرارة لربط مكونات بطارية الرصاص الحمضية ، وهي الغطاء والحاوية. تعكس التمثيلات أدناه الميزات التقنية للعملية التقنية الكيميائية المانعة للحرارة:
- رابطة قوية وموثوقة: الرابطة قوية للغاية ومحكمة الغلق ، بسبب تطبيق الحرارة. وبالتالي ، لا يمكن للمواد المانعة للتسرب الهروب من الخلايا ولكنها تضمن ضمان سلامة عالية للخلية.
- كفاءة وسرعة: يزداد معدل إنتاج البطاريات المختومة بالحرارة بشكل كبير لأنه لا يستغرق الكثير من الوقت للقيام بذلك.
- الحد الأدنى من استخدام المواد الإضافية: يتم احتساب عدد قليل من المواد الإضافية عند الحد الأدنى من الاستخدام بين جميع تقنيات الختم.
ومع ذلك ، تعتمد تقنية ختم الغراء على المواد اللاصقة لإغلاق أجزاء البطارية معا.
الميزات التقنية لختم الغراء هي:
- المرونة والقدرة على التكيف: توفر سدادات الغراء مزيدا من المرونة في التصميم ويمكنها إغلاق الأشكال غير المنتظمة للمكونات غير المنتظمة. يوفر مقاومة أفضل ضد الاهتزازات.
- مقاومة الاهتزازات المحسنة: توفر الخصائص اللاصقة لختم الغراء مقاومة أفضل أو صفات تخميد للاهتزاز القوي ، وهي قيود قد تكون مفيدة بشكل خاص للمعدات المعرضة لضغوط ميكانيكية كبيرة.
- سهولة الإصلاح: يمكن أن تؤدي إزالة المادة اللاصقة وإعادة تطبيقها إلى جعل البطارية الملصقة محكمة الغلق سهلة الإصلاح أو قابلة لإعادة الإغلاق إذا لزم الأمر.
مقارنة بين التقنيتين
تشترك كلتا تقنيتي الختم الحراري في العديد من المزايا والعيوب ، مما يجعلهما بدائل ممكنة لتطبيقات بطارية معينة. فيما يلي مقارنة بين التقنيتين:
فعالية الختم:
استفاد الختم الحراري من نقاط القوة مثل الرابطة القوية والمحكم القادرة على إحداث البطاريات مما يقلل من المخاطر من خلال التسرب ضد الشوارد في البطاريات الأخرى.
كفاءة التصنيع:
لا يمكن إنكار أن تقنية الختم الحراري أسرع ، مما يسمح بمعدلات تصنيع أعلى ، وبالتالي تعزيز فعالية تكلفة التصنيع الضخم. هذا يجعل ختم الغراء أبطأ ، وبالتالي ، ليس مثاليا لأماكن العمل المكثفة للغاية.
إمكانيات التصميم:
سيجلب الشكل والحجم الممكنان مع ختم الغراء مزيدا من المرونة ، في حين أن الختم الحراري قد يكون له بعض القيود على ختم الأجزاء غير المنتظمة الشكل.
قدرات الإصلاح:
عادة ما تكون البطاريات المختومة بالغراء أسهل في الإصلاح أو إعادة الختم لأنه يمكن إزالة المادة اللاصقة واستبدالها. من ناحية أخرى ، قد تتطلب البطاريات محكمة الغلق عمليات إصلاح معقدة.
من خلال ملاحظة الميزات التقنية ومراعاة مقارنات المزايا والقيود المرتبطة بكلا النوعين من الحرارة ، سيكون من الأسهل بكثير على المصممين الاختيار من بين الخيارين المتاحين.
2. تكنولوجيا اللحام TTP مقابل تكنولوجيا لحام الجسر
تعد تقنية اللحام TTP (عبر القسم) وتقنية لحام الجسر طريقتين شائعتين للانضمام إلى الألواح السلبية والإيجابية للبطارية. دعنا نتعرف على ميزاتها التقنية ، ثم نقارنها لفهمها بشكل أفضل.
ميزات تقنية
تنضم تقنية اللحام TTP مباشرة إلى اللحام المتشكل من خلال الفاصل عن طريق إنشاء لحامات بين الألواح. يربط اللوحات الموجبة والسالبة للبطارية. تشمل الميزات التقنية لتقنية اللحام TTP ما يلي:
- تقليل المقاومة الداخلية: يوفر لحام TTP اتصالا كهربائيا مباشرا بين الألواح ويقلل من المقاومة الداخلية للبطارية ، وبالتالي يعزز أدائها.
- تحسين الاستقرار الميكانيكي: نظرا لأن الوصلة الملحومة توفر ثباتا ميكانيكيا محسنا بدون حركة للألواح ، فإنها يمكن أن تعزز المتانة الكلية للبطارية.
- التوزيع المتساوي للتيار: يضمن لحام TTP توزيعا متساويا للتيار عبر الألواح بحيث لا يوجد خطر من الشحن / التفريغ غير المتكافئ مع إطالة عمر البطارية.
من ناحية أخرى ، تستخدم تقنية لحام الجسور جسورا معدنية صغيرة أو أحزمة بين الألواح الموجبة والسالبة. تشمل الميزات التقنية لهذا النوع من اللحام
- المرونة في التصميم: يسمح لحام الجسر بمزيد من المرونة في تصميم الألواح حيث يمكن تعديل الجسور لاستيعاب أحجام وتكوينات مختلفة من الألواح المختلفة.
- سهولة التصنيع: يمكن أن يكون لحام الجسر بسيطا وسريعا مقارنة بلحام TTP ، والذي قد يحتاج إلى معدات دقيقة ومحاذاة ممتازة.
- سلامة معززة: عند استخدام الجسور في لحام الجسر ، يمكن أن توفر بعض مزايا السلامة الإضافية مثل منع الدوائر بين أزواج الألواح نفسها ، والتي من شأنها أن تخلق خطرا).
مقارنة بين التقنيتين
من الواضح أن المزايا الفريدة لكل واحدة من هاتين التقنيتين تجعلها متميزة بشكل كبير عن بعضها البعض وتبرر الاعتبار ؛ فيما يلي مقارنة بين الاثنين:
المقاومة الداخلية:
تتميز تقنية اللحام TTP بمقاومة داخلية أقل ، مما يساعد على تحسين أداء البطارية مقارنة بلحام الجسر بسبب اتصالها المباشر من لوحة إلى لوحة.
الاستقرار الميكانيكي:
تعمل الوصلة الملحومة على تحسين الاستقرار الميكانيكي للبطارية لأنها تمنع حركة اللوحة وتعزز مرونة البطارية ضد الإجهاد الميكانيكي.
مرونة التصميم:
يسمح لحام الجسر بمزيد من المرونة في التصميم حيث يمكن تعديل الجسور لتناسب أحجام وتكوينات الألواح المختلفة. قد يكون للألواح المصنعة بلحام TTP قيود من حيث التصميم نظرا لوجود قيود محتملة على تعديل الطلاء من خلال الفاصل.
بساطة التصنيع:
الجسر بشكل عام أبسط وأسرع (وبالتالي فهو مناسب للتصنيع بكميات كبيرة) ، بينما يعمل اعتماد لحام TTP على تحسين جودة اللحامات باستخدام المعدات والمحاذاة الدقيقة. وهذا بدوره يعزز مستوى عمليات التصنيع على الرغم من الزيادة المحتملة في التعقيد.
النظر في جميع الجوانب التقنية ، وكذلك مقارنة مزايا وقيود تقنيات اللحام واللحام بالجسور TTP تجاه صناعات البطاريات ، يجعل الشركات المصنعة على دراية بالخيارات الممكنة ، وبالتالي اتخاذ خيار مستنير.
3. تقنية شبكة التثقيب
تتطلب بطاريات الرصاص الحمضية كمية معينة من الرصاص ولكنها تتكون أساسا من أجهزة قياس السوائل والخلايا الكهروكيميائية التي لا يمكن أن تشكل أكثر من 30-40٪ من حجم الخلية بالكامل. يلعب هيكل الشبكة وشكلها أدوارا حيوية فيما يتعلق بالكهرباء التي يتم إجراؤها بين ألواح الرصاص أثناء التفريغ. يصف هذا القسم تقنية شبكة التثقيب.
ميزات تقنية
تتميز تقنية الشبكة المثقوبة بالميزات التقنية التالية:
- دقة عالية: تنتج آلات التثقيب هيكل الشبكة بدقة عالية ، مما يضمن التوحيد المتسق ويساعد في تحسين أداء البطارية.
- الموصلية المحسنة: يسمح التصميم المثقوب للشبكة بتدفق الإلكترون بكفاءة بين المادة الفعالة والمحطات الطرفية ، وبالتالي تعزيز التوصيل الكهربائي للبطارية.
- سمك اللوحة الأمثل: تتيح تقنية شبكة التثقيب إنتاج شبكات دقيقة ذات سمك دقيق ، مما يضمن الاستقرار الميكانيكي الأمثل بالإضافة إلى تقليل المقاومة الداخلية.
- فعالة من حيث التكلفة: إنها فعالة نسبيا من حيث التكلفة مقارنة بعمليات تصنيع الشبكة الأخرى نظرا لملاءمتها لإنتاج البطاريات على نطاق واسع.
في العديد من التطبيقات ، يتم اعتماد تقنية الشبكة المثقوبة على نطاق واسع لأنها توفر طريقة محسنة لتصنيع شبكات عالية الجودة ذات خصائص أداء ممتازة تساهم في الكفاءة الإجمالية وطول عمر بطاريات الرصاص الحمضية.
4. تكنولوجيا الشبكة الموسعة
الشبكة الموسعة هي طريقة أخرى سائدة تستخدم لتصنيع شبكات بطاريات الرصاص الحمضية. في الأساس ، تتضمن هذه التقنية توسيع شريط سبيكة الرصاص لإنتاج هيكل الشبكة المطلوب. والآن ، دعونا نلقي نظرة على الميزات التقنية لتكنولوجيا الشبكة الموسعة.
ميزات تقنية
تشمل الشبكة الموسعة الميزات التقنية التالية:
- السلامة الهيكلية: توفر الشبكات الموسعة متانة هيكلية فائقة ، مما يساعد البطارية في توفير استقرار ميكانيكي محسن.
- مساحة السطح المستثمرة: يعزز تصميم الشبكة الموسع مساحة سطح المادة الفعالة ، وبالتالي يسهل تفاعلات كهروكيميائية أكثر كفاءة مع أداء أفضل للبطارية.
- متانة محصنة: بفضل توسيع تحسين هيكل الشبكة ، تقلل متانة البطارية من الاهتزاز والضغط الميكانيكي.
- براعة التصميم: تسهل تقنية الشبكة الموسعة للمصممين التوصل إلى مجموعة واسعة من تصميمات وتكوينات الشبكة ، مما يجعلها رحيبة بما يكفي للمصنعين لتخصيص الشبكات وفقا للتطبيق المعني.
جعلت الخصائص الميكانيكية الممتازة وتعدد استخدامات التصميم لتكنولوجيا الشبكة الموسعة من شعبيتها المتزايدة في صناعة تصنيع بطاريات الرصاص الحمضية.
5. تقنية الشبكة المصبوبة بالجاذبية
صب الجاذبية هو طريقة صب تستخدم لتصنيع شبكات بطاريات الرصاص الحمضية. يتضمن الصب صب سبائك الرصاص المنصهرة في قوالب تحت قوة الجاذبية. يتم الآن شرح الميزات التقنية للشبكة المصبوبة بالجاذبية.
ميزات تقنية
فيما يلي الميزات التقنية لصب الجاذبية:
- دقة عالية: بالنسبة للشبكات المصنعة ، ينتج عن صب الجاذبية تصميمات معقدة للغاية بالإضافة إلى أبعاد دقيقة ، مما يضمن ملاءمة الجودة والأداء في البطاريات.
- هيكل موحد: سبائك الرصاص الصلبة داخل الشبكات المصبوبة بالجاذبية تمنحها بنية موحدة توفر موصلية كهربائية أفضل ومتانة للشبكات.
- تعزيز مقاومة التآكل: تم تحسين مقاومة التآكل لسبائك الرصاص الصلبة داخل شبكات الجاذبية المصبوبة ، مما أدى إلى زيادة طول عمر البطارية.
- مناسبة للشبكات الكبيرة: في المقام الأول ، يعتبر صب الجاذبية مناسبا لتصنيع شبكات ضخمة ومعقدة ، مما يجعل هذه التكنولوجيا قادرة بما يكفي لتلبية متطلبات السعة العالية لمختلف الصناعات والتطبيقات.
6. التكنولوجيا الداخلية مقابل التكنولوجيا الخارجية
1. التكنولوجيا الداخلية
التكنولوجيا الداخلية هي تقنية تنشيط البطارية قبل مغادرة المصنع. فيما يلي ملخص لما يحدث أثناء تكوين بطارية الرصاص الحمضية:
- الغمر في حامض الكبريتيك: بعد الانتهاء من لوحات البطارية وإعدادها ، يتم غمرها في محلول حمض الكبريتيك لعدة ساعات. يؤدي هذا إلى تكوين طبقات من كبريتات الرصاص على أسطح الألواح ، وهو أمر ضروري للتفاعل الكهروكيميائي للبطارية.
- إدارة المتغيرات: تسلط أبحاث الصناعة الضوء على أهمية إدارة المتغيرات بعناية مثل تركيز الحمض ووقت النقع أثناء التكوين ، حيث يمكن أن تحسن أداء البطارية بشكل كبير.
- أنواع التكوين: هناك نوعان من التكوين – جاف ورطب. في التكوين الجاف ، يتم شحن الألواح خارج علبة البطارية في خزان محلول إلكتروليت كبير. من ناحية أخرى ، يتم شحن البطاريات المشكلة بلل داخل علبة البطارية.
- إدارة الحرارة: أثناء التكوين الرطب ، غالبا ما يتم غمر علب البطاريات في حمام مائي لإدارة كمية الحرارة الكبيرة الناتجة أثناء شحن البطارية. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة أثناء التشكيل إلى تقليل فعالية البطارية وعمرها.
- عملية الشحن: تتضمن عملية الشحن الفعلية سلسلة من الشحنات والفواصل بين الشحنات. يمكن أن تستغرق عملية الشحن الأولية أكثر من يوم. ثم يتم تفريغ البطارية وإعادة شحنها.
- لوحات مشكلة جافة: بالنسبة للبطاريات الجافة ، تتم إزالة الألواح من خزان المنحل بالكهرباء وتجفيفها وتجميعها في علبة البطارية. يتم شحن هذه البطاريات بدون محلول المنحل بالكهرباء.
- الاختبار والتحسين: بعد التكوين ، تخضع البطارية لاختبار تفريغ عالي المعدل لاستبعاد أي عيوب. قد يخضع أيضا لعدة دورات تفريغ / إعادة شحن أخرى لتحقيق التشغيل الأمثل.
- التجميع النهائي والشحن: بعد استلام الشحن النهائي ، يتم إرسال البطارية للتجميع النهائي ثم شحنها.
تعد عملية تكوين بطارية الرصاص الحمضية هذه أمرا بالغ الأهمية في إعداد البطارية لتلقي شحنة كهربائية وضمان عملها السليم وطول عمرها.
2. التكنولوجيا الخارجية
تتضمن التكنولوجيا الخارجية استخدام المعدات الآلية لتسريع وزيادة عملية تكوين البطارية. من خلال الأتمتة ، يحقق المصنعون إنتاجية أعلى بكثير وجودة محسنة ومكان عمل أكثر أمانا للموظفين. تشمل بعض جوانب التكنولوجيا الخارجية
- الغمر الآلي لوحة: يمكن للمعدات غمر الألواح في محاليل حامض الكبريتيك بشكل صحيح ، مما يضمن التوحيد والدقة أثناء عملية التكوين. والنتيجة هي بطارية عالية الجودة تنتج أداء أفضل وعمرا افتراضيا.
- أنظمة الحمامات المائية الآلية: تحافظ معدات حمام المياه الآلية على درجة الحرارة ومستوى المياه المطلوبين مما يؤدي إلى مساحة أقل للأخطاء وعدم الحاجة إلى المساعدة اليدوية. يعزز الكفاءة من خلال زيادة الأداء وتقليل احتمالية الإصابة أثناء العمل.
- الشحن التلقائي القائم على البرامج: يعزز استخدام معدات الشحن الأوتوماتيكية التي تعتمد على البرامج التحكم في عملية الشحن ودقتها. تم التحقق من الشحن الآلي لإنتاج بطاريات أفضل ذات أداء فائق مقارنة بالتحكم اليدوي.
- الاختبار الآلي: بمجرد تشكيلها ، يجب أن تخضع البطاريات للاختبار لاكتشاف العيوب. يمكن لآلات الاختبار اختبار العديد من البطاريات بكفاءة في الدقيقة ، متغلبة على قدرات الأفراد البشريين. سيتم إرسال البطاريات المعيبة تلقائيا إلى محطة الرفض مما يوفر الوقت ويبسط عملية مراقبة الجودة.
بشكل عام ، أعطت كل من التقنيات الداخلية والخارجية مزايا للبطاريات. ومع ذلك ، يتطلب الاختيار النظر في عوامل مختلفة تعتمد على متطلبات الفرد وأولوياته الخاصة في تطويرها أو دمجها.
الاستنتاجات
في مجال صناعات تصنيع بطاريات الرصاص الحمضية ، تساهم العديد من التقنيات في إنتاج بطاريات عالية الأداء وموثوقة. من تقنيات الختم مثل الختم الحراري وختم الغراء إلى طرق اللحام مثل لحام TTP ولحام الجسور ، تلعب كل تقنية دورا رئيسيا في ضمان سلامة ووظائف بطاريات الرصاص الحمضية بشكل جيد. تتيح تقنيات الشبكة مثل شبكات التثقيب والشبكات الموسعة والشبكات المصبوبة بالجاذبية إنتاج شبكات ذات استقرار ميكانيكي ممتاز وموصلية كهربائية ومقاومة للتآكل. يسمح الاختيار بين التقنيات الداخلية والخارجية للشركة المصنعة بتحسين استخدام المواد الفعالة ويعطي خيار تخصيص تصميم البطارية.
إن فهم الميزات والمزايا والقيود التقنية لتقنيات التصنيع هذه يمكن مصنعي البطاريات من اتخاذ قرارات مستنيرة فيما يتعلق باختيار أنسب الطرق لتطبيقاتها المحددة. سيساعد التقدم المستمر لهذه التقنيات صناعة بطاريات الرصاص الحمضية على تلبية المتطلبات المتطورة لمختلف القطاعات ، ومن جانبها ، ستلعب مستقبلا أكثر استدامة وكفاءة أيضا.
