Modeling and characterization of current density distributions in the lead acid battery electrodes

Abstract

Enerji verimliliği, gelişmekte olan dünyamızdaki en temel konulardan biridir. Doğal kaynaklardaki düşüş nedeniyle ise enerji depolama ön plana çıkmaktadır. Depolama olmadan üretilen enerjide yaşanan kayıp, yakın gelecekte en büyük tehlikelerden biridir. Otomotiv endüstrisinde kullanılan kurşun asit aküler halen en yaygın enerji depolama yöntemidir. Dolayısıyla bu alandaki çalışmaların sektör üzerinde doğrudan bir etkisi var. En eski batarya teknolojisi olmasına rağmen, verimli enerji kullanımı birçok uygulamada mevcut değildir. Bu durumun temel nedeni, geleneksel yöntemlerin yaygın olarak kullanılması sonucu bilimsel yöntemlerin kullanılmamasıdır. Otomotiv endüstrisindeki teknolojik gelişmeler sonucunda, batarya performansından beklentiyi arttırmaktadır. Bu çalışmanın amacı, kurşun asit akülerden beklenen performansı sağlamaktır. Depolanan enerjiyi arttırmak yerine, malzeme kullanımını optimumda tutarak daha etkin kullanıma yol açması amaçlanmaktadır. Başka bir deyişle, mevcut enerjinin doğru kullanılmasını sağlayacak akım yolları tasarlamaktır. Bu çalışmada, optimum akım yollarına sahip pozitif ızgara tasarımı ile bataryada yaşanan potansiyel düşüşü en aza indirme amaçlanmaktadır. Akü çalışma prensibi gereği pozitif elektrot yapısından beklentinin negatif elektrota göre daha yüksek olmasından dolayı, pozitif elektrot(ızgara) üzerinde tasarım yapılmış ve negatif elektrot(ızgara) sabit tutulmuştur. Mevcut çalışma ortamında, deşarj olan bir bataryanın zamana bağlı potansiyel kaybı matematiksel olarak modellenmiştir. Uygulanan matematiksel modellemede elektrokimyasal denklemler kullanılmış ve sonuçlar simüle edilerek karşılaştırılmıştır.Energy efficiency is one of the most importance topic in our developing world. Energy and energy storage come to the fore due to the decrease in natural resources. The loss of produced energy without storage is one of the greatest hazards in the near future. Therefore, studies on energy storage are great importance. Currently, lead acid batteries used in the automotive industry are the most common energy storage method. Therefore, studies in this area have a direct impact on the sector. Although it is the oldest battery technology, the efficient use of energy is not available in many applications. The main reason for that situation is scientific methods are not used as a result of widespread use of traditional practices. As a result of new technological developments in the automotive industry, it increases the expectation for the battery performance. The performance expectancy of the batteries increased with the development of technology. The aim of this study is to provide the expected performance of lead acid batteries as a result of technological developments. At the same time, rather than increasing the energy stored is intended to lead to more effective use by keeping the material usage optimum. In other words, it is to design current pathways that will ensure the correct use of the current energy. In that study, the grid design with optimum current paths is aimed at minimizing the potential reduction of the battery. Due to the structure of the positive electrode is expected to be higher than the negative electrode, design on the positive grid has been made and negative grid was kept constant. In the current working environment, the time-dependent potential loss of a battery at the discharge was a mathematical modeled. In the applied mathematical modeling, electrochemical equations were used and the results were simulated.