50 години суха технология
Запечатани необслужваеми батерии с желиран електролит
През 1854 г. немският лекар Вилхелм Синстеден провежда някои интересни експерименти. Поставяйки оловни електроди в разтвор на сярна киселина (електролит) и пропускайки ток през тях, той установява, че положителният електрод е покрит с оловен диоксид, докато отрицателният остава чист. Но това не е всичко. Ако спрете да „захранвате“ от външен източник и свържете накъсо такъв елемент, тогава в него започва да тече постоянен ток и това продължава, докато целият оловен диоксид, образуван върху положителния електрод, се разтвори в киселината. За съжаление Zinsteden не направи никакви заключения от свършената работа и лаврите на изобретателя на първата оловна батерия отидоха при Gaston Plante. За него създаването на батерия също не беше самоцел, а само инструмент за провеждане на поредица от експерименти за изследване на природата на електричеството, главно атмосферното електричество, линейната и кълбовидната мълния, които той се опита да възпроизведе в лаборатория.
По-нататъшната история на развитието на научно-технически решения и технология за производство на оловно-киселинни батерии е добре известна.
В продължение на почти 100 години, до средата на 20-ти век, имаше постепенно подобрение в дизайна и технологията на производство на класически батерии с течен или свободен електролит, които в момента се произвеждат в големи количества и се използват широко в различни области на техниката. Днес имаме на разположение зрял продукт, оптимизиран за различни приложения. Резултат от дългогодишна разработка са специални акумулатори за стартиране на двигатели с вътрешно горене (стартерни акумулатори), акумулатори за електрическо задвижване (тяговибатерии) и батерии за осигуряване на непрекъснато захранване (стационарни батерии).
В същото време както производителите, така и потребителите съвсем естествено мечтаеха за батерия, която няма да изисква редовна поддръжка по отношение на допълване с дестилирана вода, измерване на плътността на електролита, ще бъде безопасна по отношение на изтичане на електролит и освобождаване на водород по време на зареждане, без да се изисква специална вентилация. За съжаление, този проблем не може да бъде решен чрез просто запечатване на класическия дизайн, тъй като електролитната дисоциация на водата винаги се извършва в батерията с образуването на водород и кислород, придружено от повишаване на налягането вътре в батерията с разбираеми последствия.
Наистина, при зареждане на оловно-киселинна батерия, в допълнение към основните реакции, насочени към възстановяване на капацитета на акумулаторната клетка, под действието на електрически ток възникват и странични или паразитни електрохимични реакции, най-забележимата от които е електролизата на водата.
Водата, присъстваща в електролита на батерията, се разлага на кислород и водород, които се редуцират до молекулярно състояние, съответно на положителните и отрицателните електроди, издигат се до повърхността на електролита под формата на газови мехурчета и напускат обема на батерията, изтичайки през нейната гърловина за пълнене в околното пространство. По този начин зареждането на оловно-киселинна клетка винаги е придружено от постепенна загуба на вода, присъстваща в електролита, с образуването на водород и кислород, поради което с течение на времето нивото на електролита намалява и плътността се увеличава.
Създаването на запечатана оловно-киселинна батерия без нужда от поддръжка изисква внедряването на цялосткомплекс от технически и технологични решения. Основната задача беше да се обърне процеса на електролиза на водата - тоест да се организира рекомбинацията на кислород и водород с образуването на водни молекули. В същото време беше необходимо да се намали максимално интензивността на реакцията на дисоциация, като се изоставят сплавите на олово и антимон, който играе ролята на катализатор на електролизата.
Ключът към решаването на основния проблем беше използването на сгъстен електролит. Много разработчици разбраха, че трябва да се движат в тази посока, тъй като в електролит, сгъстен до състояние на гел, е възможно да се осигури достъп на кислородните молекули до отрицателната плоча, преди кислородът да напусне батерията под формата на газ.
Сега добре познатият процес на рекомбинация, състоящ се от три реакции, ще се проведе на отрицателната плоча:
Последната от тези реакции е електрохимичната реакция на заряда на активния материал на отрицателната плоча. Резултатът от тази верига от реакции ще бъде вода и малко топлина.
Целенасочените усилия на учените и инженерите от компанията Sonnenschein, основана през 1910 г. от Теодор Зоненшайн в Берлин и след края на Втората световна война, възродена в град Бюдинген, доведоха до създаването на първия в света промишлен прототип на необслужваема запечатана оловно-киселинна батерия с удебелен електролит. През 1957 г. е получен патент за акумулаторната система dryfit, а от 1958 г. започва масовото производство.
Батериите Dryfit Jelly, предлагани от EXIDE Technologies под търговската марка „Sonnenschein“, са запазили позицията си на пазара на индустриални батерии през последните 50 години благодарение на постоянната оптимизация на дизайна и постоянно високо ниво на качество на производство.
Основното в технологията за сухо приспособяване:
По този начин батериите с желеобразен електролит имат изключително ниска газова емисия, не изискват поддръжка по време на работа, осигуряват цикличен ресурс, който не е по-нисък от този на батериите с класическа технология, устойчиви са на дълбоки разряди, повишени работни температури, не са подложени на вътрешни къси съединения и ефект на разслояване на плътността на електролита по височина.
През 1958 г. Sonnenschein започва да произвежда само един тип запечатана суха батерия за камери, които могат да се носят.
В момента се произвеждат четири серии стационарни батерии - A400, A500, A600 и A700, блокови и клетъчни тягови батерии, покриващи широк диапазон от капацитети, три специални серии SOLAR за използване с алтернативни източници на електроенергия, като слънчеви панели и вятърни турбини, както и специални серии батерии, произведени по поръчки на НАТО. Всички желирани батерии се произвеждат от EXIDE Technologies Corporation под марката Sonnenschein.