Kao dobavljač baterija PV sistema, često me pitaju o mehanizmu reakcije ovih ključnih komponenti za skladištenje energije. Razumijevanje načina na koji baterije PV sistema rade na hemijskom nivou je od suštinskog značaja za sve koji su uključeni u sisteme solarne energije, od instalatera do krajnjih korisnika. U ovom blogu ću se upustiti u mehanizme reakcije različitih tipova baterija PV sistema.
Olovno kiselinske baterije
Olovno-kiselinske baterije su jedan od najčešćih tipova koji se koriste u fotonaponskim sistemima. Postoje već dugo vremena i poznati su po svojoj pouzdanosti i relativno niskoj cijeni.
Osnovna struktura olovno-kiselinskog akumulatora sastoji se od pozitivne elektrode (olovni dioksid, (PbO_{2})), negativne elektrode (spužvasto olovo, (Pb)), i rastvora elektrolita sumporne kiseline ((H_{2}SO_{4})).
Reakcija pražnjenja
Kada se olovno-kiselinska baterija prazni, dolazi do niza hemijskih reakcija. Na negativnoj elektrodi, olovo ((Pb)) reaguje sa sulfatnim jonima ((SO_{4}^{2 -})) iz elektrolita sumporne kiseline. Polureakcija na negativnoj elektrodi je:
[Pb(s)+SO_{4}^{2 -}(aq)\do PbSO_{4}(s)+2e^{-}]
Ova reakcija oslobađa elektrone, koji teku kroz vanjsko kolo kako bi napajali opterećenje.
Na pozitivnoj elektrodi, olovni dioksid ((PbO_{2})) reaguje sa jonima vodonika ((H^{+})) i sulfatnim ionima ((SO_{4}^{2 -})) iz elektrolita, zajedno sa elektronima koji dolaze iz negativne elektrode. Polureakcija na pozitivnoj elektrodi je:
[PbOO__}(s)+4H^^{+}(aq)+SO_{4}^ inženjer -2e^<^<^``\pod PbOS_{4}(4}(s)+2H_}O(l)]
Ukupna reakcija pražnjenja olovno-kiselinske baterije je zbir ove dvije polureakcije:
[Pb(s)+PbO_{2}(s)+2H_{2}SO_{4}(aq)\do 2PbSO_{4}(s)+2H_{2}O(l)]
Tokom procesa pražnjenja, sumporna kiselina u elektrolitu se troši, a gustina elektrolita se smanjuje. Ovo smanjenje gustine elektrolita može se koristiti kao indikator stanja napunjenosti baterije.
Charge Reaction
Kada se olovno-kiselinska baterija puni, dolazi do obrnutih reakcija. Na negativnoj elektrodi izvor punjenja tjera elektrone u elektrodu. Olovni sulfat ((PbSO_{4})) na negativnoj elektrodi reaguje sa elektronima i jonima vodonika ((H^{+})) iz elektrolita i formira olovo ((Pb)) i sumpornu kiselinu. Polureakcija na negativnoj elektrodi je:
[PbSO_{4}(s)+2e^{-}\do Pb(s)+SO_{4}^{2 -}(aq)]
Na pozitivnoj elektrodi, olovni sulfat ((PbSO_{4})) reaguje sa vodom ((H_{2}O)) da bi se formirao olovni dioksid ((PbO_{2})), joni vodonika ((H^{+})) i sulfatni joni ((SO_{4}^{2 -})). Polureakcija na pozitivnoj elektrodi je:
[PbSOSO_{4}(4}(s)+2H_}O(l)\do PbO__}(s)+4H^^{+}(aq)+SO_{4}^ inženjering -}(aq)+2e^•]
Ukupna reakcija punjenja je:
[2PbSO_{4}(s)+2H_{2}O(l)\do Pb(s)+PbO_{2}(s)+2H_{2}SO_{4}(aq)]
Kako se baterija puni, koncentracija sumporne kiseline u elektrolitu se povećava, a gustina elektrolita se vraća na prvobitnu vrijednost.
Ako ste zainteresovani za visokokvalitetne olovno-kiselinske baterije za vaš fotonaponski sistem, možete pogledati našeOlovno-kiselinska baterijastranica proizvoda.
Gel baterije
Gel baterije su tip ventilske - regulirane olovno kiselinske (VRLA) baterije. Koriste elektrolit tipa gela umjesto tekućeg elektrolita kao što su tradicionalne olovno-kiselinske baterije.
Mehanizam reakcije gel baterija sličan je onom kod tradicionalnih olovno-kiselinskih baterija. Glavna razlika leži u fizičkom stanju elektrolita. U gel baterijama, elektrolit sumporne kiseline se miješa sa silicijum dioksidom kako bi se formirao gel. Ovaj gel imobilizira elektrolit, što ima nekoliko prednosti.
Prednosti gel baterija u fotonaponskim sistemima
- Smanjen rizik od curenja: Pošto je elektrolit u gel stanju, postoji manji rizik od curenja elektrolita, što je posebno važno u fotonaponskim sistemima gdje se baterije mogu instalirati na različitim lokacijama, uključujući i zatvorene prostore.
- Tolerancija dubokog pražnjenja: Gel baterije mogu izdržati dublja pražnjenja u poređenju sa nekim drugim tipovima baterija bez značajnih oštećenja. To ih čini pogodnim za fotonaponske sisteme gdje baterija može doživjeti djelomično stanje napunjenosti.
Hemijske reakcije tokom punjenja i pražnjenja su iste kao kod olovnih baterija. Tokom pražnjenja, olovo i olovni dioksid reaguju sa sulfatnim ionima u gel elektrolitu i formiraju olovni sulfat, a tokom punjenja olovni sulfat se ponovo pretvara u olovo i olovni dioksid.
Ako tražite aGel baterija za Pv sistem, imamo niz proizvoda koji će zadovoljiti vaše potrebe. Na primjer, naš200ah - 12v Gel baterija za solarni sistemje popularan izbor među instalaterima PV sistema.
Litijum-jonske baterije
Litijum-jonske baterije postaju sve popularnije u fotonaponskim sistemima zbog svoje velike gustine energije, dugog životnog ciklusa i niske stope samopražnjenja.
Osnovna struktura litijum-jonske baterije sastoji se od pozitivne elektrode (obično litijum metalni oksid, kao što je litijum kobalt oksid (LiCoO_{2})), negativne elektrode (obično grafit) i elektrolita koji sadrži litijum.
Reakcija pražnjenja
Tokom pražnjenja, litijum joni ((Li^{+})) u materijalu pozitivne elektrode migriraju kroz elektrolit do negativne elektrode. Na negativnoj elektrodi, litijum ioni se interkaliraju u grafitnu strukturu. Polureakcija na negativnoj elektrodi je:
[C_{6}+xLi^{+}+xe^{-}\to Li_{x}C_{6}]
Na pozitivnoj elektrodi, litijum metalni oksid oslobađa litijeve ione i elektrone. Na primjer, u pozitivnoj elektrodi litijum kobalt oksida ((LiCoO_{2})) polu-reakcija je:
[LiCoO_{2}\to Li_{1 - x}CoO_{2}+xLi^{+}+xe^{-}]
Ukupna reakcija pražnjenja je kombinacija ove dvije polu-reakcije, što rezultira protokom elektrona kroz vanjsko kolo za napajanje opterećenja.
Charge Reaction
Kada se litijum-jonska baterija napuni, dešava se obrnuti proces. Litijum joni se potiskuju sa negativne elektrode (grafita) nazad na pozitivnu elektrodu (litijum metalni oksid). Proces punjenja zahteva eksterni izvor napajanja koji bi obezbedio energiju za pokretanje ovih reakcija.
Faktori koji utiču na mehanizme reakcije baterija u fotonaponskim sistemima
- Temperatura: Temperatura ima značajan uticaj na brzinu reakcije u baterijama. Općenito, više temperature povećavaju brzinu reakcije, ali također mogu ubrzati starenje baterija. Na primjer, kod olovno-kiselinskih baterija, visoke temperature mogu uzrokovati brže isparavanje elektrolita i mogu dovesti do stvaranja unutrašnjih kratkih spojeva.
- Država zaduženja: Stanje napunjenosti baterije utiče na hemijske reakcije. Prekomjerno punjenje ili prekomjerno pražnjenje može uzrokovati nepovratno oštećenje elektroda baterije. Na primjer, kod olovno-kiselinskih baterija, prekomjerno punjenje može dovesti do stvaranja plinova vodika i kisika, što može uzrokovati gubitak vode i oštećenje baterije.
- Stope punjenja i pražnjenja: Visoke stope punjenja ili pražnjenja također mogu utjecati na performanse baterije. Brzo punjenje ili pražnjenje može uzrokovati neravnomjernu raspodjelu reaktanata unutar baterije, što dovodi do smanjenog vijeka trajanja baterije.
Zaključak
Razumijevanje mehanizama reakcije baterija PV sistema je ključno za optimizaciju performansi i vijeka trajanja ovih uređaja za skladištenje energije. Bilo da odaberete olovne, kisele, gel ili litijum-jonske baterije, svaki tip ima svoje jedinstvene karakteristike reakcije i zahtjeve.
Kao dobavljač baterija za fotonaponske sisteme, posvećeni smo pružanju visokokvalitetnih baterija koje zadovoljavaju specifične potrebe vašeg solarnog energetskog sistema. Ako imate bilo kakvih pitanja o našim proizvodima ili vam je potrebna pomoć u odabiru prave baterije za vaš fotonaponski sistem, ne ustručavajte se da nas kontaktirate za raspravu o nabavci. Radujemo se što ćemo raditi s vama kako bismo osigurali uspjeh vašeg PV projekta.
Reference
- Linden, D., & Reddy, TB (2002). Priručnik o baterijama. McGraw - Hill.
- Tarascon, JM, & Armand, M. (2001). Problemi i izazovi sa kojima se suočavaju punjive litijumske baterije. Nature, 414(6861), 359 - 367.