Технологии

Перспективной областью применения NiMH и литий-ионных аккумуляторов является производство гибридных автомобилей. В этих типах аккумуляторов для данной области применения мировыми производителями активно разрабатываются специальные полиэтиленовые сепараторы. Так, компания «ExxonMobil Chemical» разрабатывает новый микропористый материал для сепараторов литий-ионных батарей (LIB). При помощи этого материала,  как ожидается, можно будет на порядок повысить мощность и надежность работы литий-ионных батарей при использовании их в гибридных электромобилях (HEV). В основе данного сепаратора лежит тонкая пористая полиэтиленовая пленка.

Основные тенденции в потреблении сепараторов, используемых в свинцово-кислотных аккумуляторах
Основной тенденцией на российском рынке сепараторов для свинцово-кислотных батарей с жидким электролитом является переход к использованию сепараторов конвертного типа и листовых сепараторов из полиэтилена производителями аккумуляторных батарей взамен сепараторов типа «Мипласт» и «Мипор».
Так, например за последние пару лет к преобладающему использованию листовых и конвертных сепараторов из полиэтилена взамен «Мипласта» и «Мипора» перешли крупнейшие производители в свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в России и СНГ:
• ОАО «Тюменский аккумуляторный завод» приступил к выпуску аккумуляторных батарей с применением полиэтиленового конверта-сепаратора (несмотря на наличие собственного производства «Мипласта»), что позволило существенно повысить разрядный ток;
• В рамках программы повышения качества выпускаемых изделий ООО «Курский завод «Аккумулятор» с апреля 2006г. выводит новый, технически более совершенный продукт - аккумуляторную батарею для грузовых автомобилей 6СТ-190АП. Новое изделие отличается использованием взамен сепаратора мипласт современного сепаратора конверта, который предотвращает возможность короткого замыкания и применением малосурьмяного сплава (содержание сурьмы составляет 2,5 %), что приводит к сокращению саморазряда и малому расходу воды во время эксплуатации аккумулятора;
• В батареях новой серии «Владар-МОТО» (Харьковский аккумуляторный завод «Владар») микропористый сепаратор из «Мипласта», использовавшийся ранее, заменен полиэтиленовым конверт-сепаратором производства фирмы Jungfer (Австрия) (входит в группу компаний «Daramic»). Использование конверта-сепаратора в мотоциклетных батареях «Владар» позволяет избежать характерного дефекта аккумуляторов для мототехники: короткого замыкания внутри батареи.

Необслуживаемые и герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы с абсорбированным электролитом

На данный момент в мире наиболее распространены два способа удержания газов в необслуживаемых герметичных батареях. В первом случае серную кислоту стали загущать, добавляя в нее кремниевую кислоту, - образовывалась гелеобразная застывшая масса. Во втором варианте применили специальный сепаратор из абсорбирующего стекловолокна - он впитывает электролит и удерживает его в многочисленных порах.
Связанный электролит совершенно изменил картину процессов, протекающих в аккумуляторе. Теперь кислород, выделившийся на положительных пластинах, уже не может улететь вверх, его молекулы движутся горизонтально по направлению к отрицательным пластинам. Цикл становится совершенно замкнутым и может повторяться очень долго без какого бы то ни было ущерба для системы. На этом принципе построены так называемые герметичные свинцовые аккумуляторы с регулировочными клапанами (VRLA). Корпус такого аккумулятора с приваренной крышкой действительно образует герметичную емкость. В крышку встроен предохранительный клапан - он может только «выпустить» избыточные газы из батареи, если концентрация станет взрывоопасной. Столь привычных нам пробок на крышке нет, они не нужны, поскольку вода сюда уже никогда доливаться не будет и проверять плотность электролита бессмысленно. Интересно, что из тех же соображений корпус герметичных батарей перестали делать прозрачным.
Сегодня на российском рынке в основном представлены традиционные и малообслуживаемые аккумуляторные батареи.

Сепараторы AGM

Изначально разработанные для военных целей, аккумуляторы AGM на сегодняшний день широко распространенны на мировом рынке.
В аккумуляторах рекомбинационного типа электролит полностью абсорбирован в сепаратор, который представляет собой нетканый материал, изготовленный, как правило, из мирковолокон стекла. Одним из типов аккумулятора рекомбинационного типа является VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid - герметичные с рекомбинацией газа (ГРГ) аккумуляторов с регулированием газовыделения) аккумулятор
Сепараторы для VRLA аккумуляторов как правило состоят из абсорбирующего стеклохолста (AGM), так как AGM сепаратор обеспечивает хорошее движение абсорбированной жидкости и равномерное распределение электролита. В тоже время, AGM сепараторы слабо контролируют движение кислорода и рекомбинационные процесс.
К тому же AGM сепараторы имеют слабую сопротивляемость прокалыванию, что негативно влияет на работу VRLA аккумуляторов в условиях повышенной вибрации, например, внутри автомобиля. Слабая сопротивляемость прокалыванию является проблемой по следующим причинам:
• Возрастает вероятность возникновения короткого замыкания;
• Стоимость производства возрастает из-за хрупкости AGM сепаратора.
Предпринимались различные попытки увеличить сопротивляемость проколам подобных сепараторов, например, с помощью производства сепаратора, состоящего из трех наслоений: первое и третье – нетканые материалы из стекловолокна, а по середине – тонкий лист из пористого термопластичного материала, такого как полиэтилен толщиной 250 мкм.
На данный момент наиболее устойчивым к проколам в  условиях использования в VRLA батареях является комбинированный сепаратор из абсорбирующего стеклохолста (AGM), соединенного с микропористой полимерной прокладкой и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE).
Некоторые производители AGM сепараторов (в основном Китайские компании) предлагают использовать из в вентилируемых аккумуляторах с жидким электролитом.

Сепаратор AGM представляет собой комбинацию AGM и стеклохолста с кислотустойчивым связующим. Абсорбирующие способности сепаратора во многом определяются его пористостью – чем она выше, тем лучше асборбация. У AGM сепаратора эта способность выше по сравнению с сепараторами из ПВХ, ПП, сепараторами конвертного типа.

Сепаратор AGM обладает следующими характеристиками:
• Низкое электрическое сопротивление – ниже, чем 1.5 mΩ*dm2;
• Максимальный размер пор ≤18μm;
• Пористость≥90%;
• Высокая устойчивость в окислению;
• Стабильность химических свойств.
Использование адсорбирующего сепаратора. изготовленного из стеклянного микроволокна (AGM). помогает уменьшить саморазряд батареи и снизить расход активного материала. Благодаря этой технологии. в нормальных условиях срок хранения батареи составляет 12 месяцев, а гарантированный срок работы батареи не менее 3-х лет.
Герметичная конструкция гарантирует отсутствие утечки при установке батареи в любом положении (вертикальном или горизонтальном).

Использование
• Источники бесперебойного питания (UPS) переменного и постоянного тока;
• Средства связи и электрическое оборудование;
• Аварийное освещение: осветительное оборудование;
• Фотогальваническое оборудование;
• Средства вещания;
• Роботы: системы управления и другое промышленное оборудование;
• Телеметрическое оборудование;
• Сигнализация.
Аккумуляторы на основе AGM сепараторов часто используются в электрических устройствах.
Также они хорошо известны на рынке автомобилей типа 4WD, где они пользуются популярностью из-за своей износостойкости. Возможно по этой причине раскручивание AGM батарей основывается на этом достоинстве, а также на возможности аккумулятора выдерживать глубокие циклы разрядки с меньшими потерями по сравнению с  их обычными аналогами.
Для владельцев кемперов или жилых прицепных вагончиков использование аккумуляторов AGM удобны по причине: аккумуляторы AGM могут быть за 2-3 часа дозаряжены до 100% своей емкости при помощи обычного автомобильного устройства переменного тока. Ни одно стандартное автомобильное устройство переменного тока на сможет дозарядить обычную свинцовую батарею более, чем на 70% ее емкости (обычно эта цифра составляет 65%).

AGM аккумуляторы дороже по сравнению с традиционными аккумуляторами с жидким электролитом – это ограничивает их распространение на мировых рынках.
В России свинцово-кислотные аккумуляторы с сепаратором AGM мало распространены. В первую очередь это связно со слабой развитостью отраслей, в которых аккумуляторы AGM применяются.
Данный тип аккумуляторов в России используется в основном в качестве стартерных батарей в дорогих автомобилях. Расширение использования аккумуляторов AGM в данной области в России не прогнозируется по причине высокой цены данного типа аккумуляторов по сравнению с аккумуляторами с жидким электролитом.
В мире производством стартерных аккумуляторов AGM занимается большинство крупнейших производителей свинцово-кислотных аккумуляторов. Правда, доля данного типа аккумуляторов в совокупной объеме производства не превышает 10%. Так, например,  один из крупнейших производителей автомобильных аккумуляторных батарей в мире – компания «Jonson Controls» производит стартерные аккумуляторы AGM, используя сепаратор производства «Hollingsworth & Vose Company» (США).
Среди российских компаний производство стартерных аккумуляторных батарей с использованием AGM сепаратора запустила компания «Тубор» под торговой маркой «ТИТАН GEL».Батареи подобного класса только сейчас начинают поставляться на первичную комплектацию флагманов европейских автопроизводителей – Mercedes S класса, BMW 7-й серии и некоторых других.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка сепараторов для аккумуляторных батарей можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Анализ спроса на стеклохолст в производстве сепараторов для аккумуляторных батарей».

Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование