Дзензерский Виктор Александрович д т. н., проф директор Бурылов Сергей Владимирович

УДК 621.355
Дзензерский Виктор Александрович

д.т.н., проф.

директор

Бурылов Сергей Владимирович

к.ф.-м.н., с.н.с.

зав. отделом

Скосарь Вячеслав Юрьевич

к.ф.-м.н., с.н.с.

Институт транспортных систем и технологий Национальной академии наук Украины (ИТСТ НАНУ «Трансмаг»)

Украина, г. Днепропетровск
РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АККУМУЛЯТОРОВ ДЛЯ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ: ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
DEVELOPMENT OF NEW TECHNOLOGIES OF MAKING OF ACCUMULATORS FOR MINING INDUSTRY: FORMATION TECHNOLOGY
Введение

Свинцово-кислотные аккумуляторы широко используются в горном деле: тяговые аккумуляторы и батареи для шахтных и рудничных электровозов; стационарные аккумуляторы для аварийного и резервного питания электрооборудования; стартерные батареи для наземного транспорта. Надежная работа всех указанных установок и систем в значительной мере зависит от работы аккумуляторов. Поэтому горная промышленность предъявляет высокие требования к их техническим и эксплуатационным характеристикам.

Качество и надежность свинцово-кислотных аккумуляторов определяются, в первую очередь, технологией их производства и, в частности, технологией формирования – первого заряда, производимого изготовителем. Промышленный цикл формирования – это наиболее энергоемкая технологическая операция, существенно влияющая на технические и эксплуатационные характеристики аккумуляторов. Кроме того, она является достаточно длительной и во многом определяет общую производительность процесса изготовления продукции. Снижение энергозатрат и сокращение продолжительности данной технологической операции позволит снизить себестоимость продукции и тем самым полнее обеспечить горную промышленность аккумуляторными батареями высокого качества и приемлемой цены.

Поэтому актуальной прикладной задачей является разработка эффективной технологии формирования, позволяющей, с одной стороны, значительно сократить цикл формирования и увеличить производительность изготовления продукции, а с другой стороны, повысить качество аккумуляторных батарей. Решению этой задачи и посвящена настоящая работа.

1. Современный уровень разработок.

В аккумуляторостроении широко используются две технологии формирования аккумуляторов: баковая и более современная батарейная. При баковом формировании отдельно в баках с избытком электролита низкой плотности формируются электродные пластины, которые затем монтируются в аккумуляторы [1]. При батарейном формировании вся батарея формируется в собранном виде с минимумом электролита высокой плотности [2]. Баковое формирование позволяет производить электродные пластины с высокими техническими характеристиками, но технологический цикл при этом не удается сократить менее 60 ч, поскольку неизбежны операции размещения пластин в баках и последующего их демонтажа. Батарейное формирование сокращает технологический цикл до 40 ч, но связано со снижением технических характеристик электродных пластин и аккумуляторов, поскольку вынуждено проходить с использованием минимума электролита относительно высокой плотности. В работах [3-9] удалось снизить продолжительность цикла формирования до 18-20 ч и повысить технические характеристики батарей за счет автоматизации процессов обработки и перемещения батарей (при улучшении условий труда), применения водяного охлаждения батарей, подбора ступенчатой токовой программы формирования, применения импульсных токов и некоторой унификации технических характеристик аккумуляторов, входящих в единую батарею. Результаты этих исследований и разработок нашли применение на предприятиях Международной научно-промышленной корпорации «ВЕСТА» (г. Днепропетровск).

Но требования горной промышленности (и др. потребителей аккумуляторов) постоянно возрастают. И в настоящее время возможности повышения технических характеристик аккумуляторов, а также существенного сокращения цикла формирования на указанном пути практически исчерпаны. А между тем, начиная с 80-х гг. активно разрабатываются более эффективные технологии формирования.

Например, известна технология заряда (или формирования) и охлаждения аккумуляторов с помощью тепловой трубы, испаритель которой опущен в электролит, а электролит в аккумуляторах прокачивают газ-лифтным насосом, в который подают газы, образующиеся при заряде [10, 11]. В этой технологии удается улучшить теплоотвод при заряде аккумуляторов за счет принудительной циркуляции электролита и вывода тепла через тепловую трубу. Это позволяет несколько повысить зарядные или формировочные токи и, соответственно, немного сократить цикл формирования. Но достигнутые результаты оказываются слишком незначительными. Кроме того, не удается повысить технические характеристики аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

Разработана технология и соответствующее устройство для заливки и формирования аккумуляторов, которое содержит заливочную, мерную и накопительную емкости и вакуумный насос, соединенные герметично в одну замкнутую гидравлическую систему, снабженную управляемыми из командного узла клапанами. Устройство содержит также автоматический зарядно-разрядный узел [12]. В этой технологии удается унифицировать технические характеристики аккумуляторов, входящих в одну батарею. Но ее недостатком является отсутствие возможности коррекции температурного режима при формировании аккумуляторов.

Институтом горного дела Казахстана была разработана аккумуляторная батарея и технология заряда (или формирования) и охлаждения батареи, предполагающая циркуляцию электролита в каждом аккумуляторе, вывод электролита через полости внутри борнов аккумуляторов и поступление электролита в гидравлический контур, соединенный с аккумуляторами при помощи трубопровода. Контур оснащен жидкостным насосом и включает в себя резервуар для электролита с внутренним теплообменником и фильтром, что позволяет осуществить внешнее охлаждение и фильтрацию электролита. Кроме того, в каждом аккумуляторе осуществляют отвод газов и контроль уровня электролита за счет использования поплавково-клапанных узлов [13]. В этой технологии и соответствующей батарее удается несколько улучшить теплоотвод и облегчить контроль характеристик электролита, что обеспечивает некоторое повышение зарядных или формировочных токов и, соответственно, некоторое сокращение цикла формирования. Однако, не удается повысить технические характеристики аккумуляторов, поскольку подвод электролита в аккумуляторы осуществляется последовательно и только отвод параллельно. В результате этого в разных аккумуляторах не обеспечивается унификация основных физических и химических параметров процесса заряда или формирования. Охлажденный электролит, поступающий в каждый следующий аккумулятор, не только нагревается в нем, но и меняет химический состав, участвуя в заряде или формировании. Возникает перепад параметров в аккумуляторах батареи, что снижает технические характеристики батареи. Неизбежно возникают токи утечки по струе электролита между аккумуляторами. А поскольку полости аккумуляторов заполняются электролитом без вакуумной обработки, то не достигается хорошая пропитка сепараторов, провоцируется образование большого числа пузырьков воздуха, снижающих эффективность формирования. Кроме того, указанная технология не может быть реализована без специального изменения конструкции батареи, как это требуется в изобретении. Потому не находит широкого применения.

В США разработано устройство для циркуляции жидкого электролита и регулирования его температуры внутри аккумуляторов батареи, а также технология циркуляции этого электролита. Устройство содержит насосы, гидравлически соединенные с аккумуляторами батареи; средства подвода и отвода электролита от названных аккумуляторов; камеры внутри насосов для сепарации электролита и рабочей жидкости [14]. Применение такого устройства позволяет повысить эффективность формирования батарей и их технические характеристики за счет параллельного подвода и отвода электролита от аккумуляторов батареи. Это приводит к унификации параметров процесса формирования и технических характеристик всех аккумуляторов батареи, что влечет повышение технических характеристик всей батареи. Но есть и недостатки. Не устраняется проблема утечки тока по струе электролита между аккумуляторами: хотя струя выходящего из аккумуляторов электролита прерывается газовыми пузырьками, образующимися при формировании, но в струе входящего электролита прерывания тока не происходит. Другим недостатком является негативное воздействие на процесс формирования множества воздушных пузырьков, которые не удаляются предварительной вакуумной обработкой.

В Украине недавно разработано устройство для батарейного формирования с циркуляцией электролита и соответствующая технология [15]. Устройство оснащено автономными теплообменниками для каждого аккумулятора с поплавково-клапанными узлами и прерывателями струи в них, трубопроводами и резервуарами с электролитом, общим теплообменником. Подвод и отвод электролита из аккумуляторов осуществляют по параллельной схеме. Кроме того, устройство оснащено вакуумным насосом, системой управляемых клапанов для переключения потоков газов и жидкостей, и газоанализатором для контроля окончания процесса формирования. За счет использования прерывателей струи удалось устранить проблему утечки тока. А за счет использования вакуумной обработки перед заливкой электролита и по окончании формирования удалось повысить эффективность формирования. Все вместе это дало повышение технических характеристик аккумуляторных батарей по сравнению с технологией [14]. Из недостатков следует отметить использование электролита достаточно высокой плотности, что ограничивает эффективность процесса формирования и не позволяет достичь заметного повышения технических характеристик батарей. Такая плотность электролита задана условиями формирования и требованием высокой конечной плотности электролита в батареях. Простым использованием электролита меньшей плотности для формирования, а затем механической сменой на электролит большей плотности в конце процесса не удается решить вопрос, поскольку при этом остается много отработанного электролита в порах электродов и сепараторов, который не замещается таким простым способом.

Примерно в то же время итальянскими специалистами разработана технология формирования свинцово-кислотных батарей и соответствующая установка, с использованием циркуляции электролита, сначала меньшей плотности, а затем большей плотности, причем при постоянной заданной температуре [16]. В указанной технологии по сравнению с [14] удалось добиться повышения эффективности процесса формирования за счет применения в начале формирования электролита меньшей плотности, а в конце – электролита большей плотности, который некоторое время циркулирует и перемешивается пузырьками выделяющихся газов. Использование электролита меньшей плотности увеличивает растворимость в нем основных сульфатов свинца пасты электродных пластин, что и приводит к повышению эффективности формирования и увеличению технических параметров батарей. Но есть недостатки, основные из которых следующие. Не решена проблема утечки тока по струе электролита между аккумуляторами (в отличие от разработки [15]), и не подобрана оптимальная токовая программа формирования. Все это ограничивает преимущества указанной технологии.

Технологии [15, 16] позволили сократить процесс формирования до 12-14 ч, но в настоящее время этот результат уже требует улучшения. Поэтому нами решалась задача повышения эффективности процесса формирования на пути использования циркуляции электролита через каждый аккумулятор, в развитие наработок [15, 16].

2. Решение задачи.

Суть нашей разработки состоит в том, что используются: циркуляция электролита через каждый акумулятор (с прерыванием струи) по параллельной схеме; эффективное охлаждение электролита; вакуумная обработка аккумуляторов перед пропиткой электролитом и после формирования; ступенчатая токовая программа формирования (в том числе, импульсные токи); формировочный электролит низкой плотности, а в конце процесса – электролит высокой плотности; рациональный подбор плотности электролитов и интенсивностей их прокачки.

Процесс формирования осуществляют на установке, изображенной на рис. 1. Аккумуляторы 1 собирают в батареи 2, устанавливают на столе 3 и подключают к гидравлическому контуру, содержащему форвакуумный насос 4, общий резервуар с электролитом 5, питающие емкости 6 и 7, жидкостные насосы 8 и 9 и управляемые клапана 10-18. Общий резервуар с электролитом 5 снабжен штуцером 19 для откачки газов, выделяющихся при формировании, датчиком уровня 20 и теплообменником 21. Батареи 2 подключают к зарядно-разрядным преобразователям 22. Далее осуществляют следующие операции.

Рис. 1. Установка для формирования аккумуляторов.

1. Заливка электролита. Все клапаны закрыты. Открывают клапаны 13 и 15, включают насос 4 и откачивают воздух из резервуара с электролитом 5 и аккумуляторов 1 для лучшей пропитки электролитом электродов и сепараторов. Закрывают клапаны 13 и 15, выключают насос 4, открывают клапаны 10, 12 и насосом 8 перекачивают формировочный электролит (плотности 1,05-1,20 г/см³) из емкости 6 в резервуар с электролитом 5, контролируя уровень по датчику 20. После заполнения резервуара с электролитом 5 отключают насос 8 и закрывают клапаны 10, 12. Открывают клапан 13, и формировочный электролит под действием разрежения из резервуара с электролитом 5 перетекает вниз в аккумуляторы 1. После заполнения аккумуляторов 1 формировочным электролитом их отстаивают с целью пропитки электролитом пор электродов и сепараторов в течение 0,5-3 ч.

2. Формирование. Открывают клапаны 13, 14, 16, 17, включают насос 9 и включают преобразователи 22. Происходит формирование и прокачка формировочного электролита по параллельной схеме через все аккумуляторы 1 и общий резервуар с электролитом 5 с интенсивностью прокачки 96-2400 мл/мин (через каждый аккумулятор), регулируемой за счет изменения числа оборотов двигателя насоса. За счет теплообменника 21 с холодной водой поддерживают температуру электролита ниже 60°С. Образующиеся при формировании газы поступают вместе с электролитом в резервуар с электролитом 5 и через штуцер 19 и клапан 16 поступают в систему вытяжной вентиляции. Токовая программа формирования при этом следующая: используют четыре этапа постоянного и/или импульсного тока, причем на первом этапе сначала через аккумуляторы на протяжении 5-20 минут пропускают ток, который не превышает 0,02 от номинальной емкости С_Н аккумулятора, а потом на протяжении 0,3-1,5 часов величину тока повышают до 0,3-0,7 С_Н, на втором этапе через аккумуляторы на протяжении 0,5-3 часов пропускают ток величиной 0,3-0,7 С_Н, на третьем этапе на протяжении 0,5-2 часов величину тока снижают до 0,1-0,2 C_Н, на последнем четвертом этапе на протяжении 5-10 часов проводят доформирование током, величина которого равняется 0,1-0,2 С_Н.

3. Замена электролита. Закрывают клапаны 13, 14 и отключают насос 9. Открывают клапаны 10, 12 и с помощью насоса 8 перекачивают формировочный электролит с резервуара с электролитом 5 назад в емкость 6. Затем закрывают клапан 10, открывают клапан 11 и насосом 8 перекачивают электролит рабочей плотности (1,26-1,31 г/см³) с емкости 7 в резервуар с электролитом 5, контролируя уровень по датчику 20. После заполнения резервуара с электролитом 5 отключают насос 8 и закрывают клапаны 11, 12. Затем открывают клапаны 13, 14 и включают насос 9. Указанные процедуры производят за 0,5-2,0 ч до окончания формирования. Происходит доформирование и прокачка электролита рабочей плотности по параллельной схеме через все аккумуляторы 1 и резервуар с электролитом 5 с интенсивностью прокачки 96-2400 мл/мин. За счет теплообменника 21 с холодной водой поддерживают температуру электролита ниже 60°С. Образующиеся при формировании газы поступают вместе с электролитом в резервуар с электролитом 5 и далее через штуцер 19 и клапан 16 поступают в систему вытяжной вентиляции.

4. Завершение формирования. По окончании формирования закрывают клапаны 14, 16, 17, отключают насос 9 и отключают преобразователи 22. Открывают клапан 15 и включают насос 4 для удаления пузырьков газа из резервуара с электролитом 5 и аккумуляторов 1. Закрывают клапаны 13, 15 и отключают насос 4. Затем открывают клапаны 11, 12 и насосом 8 перекачивают электролит рабочей плотности с резервуара с электролитом 5 назад в емкость 7. Электролит рабочей плотности остается в аккумуляторах 1. Клапан 18 служит для доливки электролита в питающие емкости 6, 7 и корректировки его плотности.

Поскольку при формировании используют формировочный электролит плотности 1,05-1,20 г/см³, то в нем лучше растворяются исходные сульфаты свинца пасты, повышается эффективность процесса, и в конце формирования доля PbO₂ в активной массе положительных электродов достигает 92-95 мас.%. При другой плотности электролита снижается эффективность формирования: при плотности менее 1,05 г/см³ из-за повышения внутреннего электрического сопротивления в аккумуляторах; при плотности более 1,20 г/см³ из-за ухудшения растворимости в электролите исходных сульфатов свинца пасты. За счет того, что формировочный электролит прокачивают через каждый аккумулятор и общий резервуар с электролитом по параллельной схеме, и весь прокачиваемый электролит охлаждают в общем резервуаре с электролитом, удается унифицировать тепловые и химические условия формирования разных аккумуляторов. Этому же способствует оптимальная интенсивность прокачки: при интенсивности прокачки ниже 96 мл/мин, изменяющиеся плотность и температура электролита в разных аккумуляторах не успевают выровняться. Повышение интенсивности прокачки выше 2400 мл/мин не увеличивает эффективности перемешивания электролита. Формировочный электролит перед концом формирования заменяют на электролит рабочей плотности 1,26-1,31 г/см³, используемый при эксплуатации аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Эффективность замены электролита обеспечивается интенсивным перемешиванием его пузырьками выделяющихся при формировании газов, прокачкой через каждый аккумулятор и общий резервуар с электролитом по параллельной схеме с оптимальной интенсивностью прокачки, а также оптимальным временем замены: при замене электролита позднее, чем за 0,5 ч до окончания формирования, электролит не успеет заместиться, и возможны флуктуации его плотности в разных аккумуляторах. Не следует заменять электролит ранее, чем за 2,0 ч до окончания формирования, иначе снижается эффективность формирования.

Предложенная нами технология формирования сокращает цикл формирования до 8-10 ч. Испытания и исследования сформированных батарей 6СТ-190АЗ показали, что различия в плотности электролита в разных аккумуляторах не превышали 0,005 г/см³, а разброс емкости между батареями составил не более 2 %. Доля же PbO₂ в активной массе положительных электродов составила 92-95 мас.%. Это привело к тому, что начальная емкость сформированных батарей превышала номинальную на 8-9 %. Тогда как для батарей 6СТ-190АЗ, сформированных способами [15, 16], различия в плотности электролита в разных аккумуляторах составляли 0,006-0,008 г/см³, разброс емкости между батареями составил 3-4 %, доля PbO₂ в активной массе положительных электродов составила 90-92 мас.%, а начальная емкость превышала номинальную на 3-4 %.
Выводы.

В результате проведенных исследований удалось добиться сокращения цикла формирования с 12-14 до 8-10 ч, повышения степени формирования положительных электродов с 90-92 до 92-95 %, увеличения емкости аккумуляторов и уменьшения разброса плотности электролита (с 0,006-0,008 до менее 0,005 г/см³) и разброса электрических характеристик аккумуляторов (с 3-4 до менее 2 %), повышения емкости батарей (на 4-5 %). Результат получен благодаря усовершенствованию технологии формирования с циркуляцией электролита.

Литература

Русин А.И. Основы технологии свинцовых аккумуляторов./ А.И.Русин – Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 307 с.
Овари Ф. Изменение состава электродной массы при батарейном формировании свинцового аккумулятора / Ф. Овари, Я. Яч, Б.Г. Карбасов // Журнал прикладной химии. – 1988. - №11. – С. 2558-2560.
Дзензерский В.А. Исследование режимов батарейного формирования свинцово-кислотных аккумуляторных батарей / В.А.Дзензерский, С.В.Бурылов, В.Ю.Скосарь, Ю.И.Скосарь // Электрохимическая энергетика. – 2004. – Т.4, №1. – С. 43-48.
Дзензерский В.А. Исследование выхода по току реакций формирования свинцово-кислотных аккумуляторных батарей / В.А. Дзензерский, С.В. Бурылов, В.Ю. Скосарь, Е.Л. Выдутая // Электрохимическая энергетика. – 2006. – Т.6, №4. – С. 195-198.
Пат. 2213396 Российская Федерация, МПК⁷ Н01М 10/50, Н02J 7/00. Автоматизированный производственный комплекс для формирования и зарядки аккумуляторных батарей при их поточном производстве / Дзензерский В.А., Сиренко М.В., Лесничий В.Н., Бурылов С.В., Буряк А.А. – 2002103362/09; заявл. 27.12.01; опубл. 27.09.03, Бюл. № 27. – 10 с.: ил.
Пат. 2224335 Российская Федерация, МПК⁷ Н01М 4/22, 10/44. Способ батарейного формирования с водяным охлаждением свинцово-кислотных аккумуляторных батарей / Дзензерский В.А., Сорокендя В.С., Бурылов С.В., Косенко А.С., Скосарь Ю.И., Выдутая Е.Л. – № 2002103363/09; заявл. 17.05.01; опубл. 20.02.04, Бюл. № 5. – 28 с.: ил.
Пат. 2224345 Российская Федерация, МПК⁷ Н01М 10/50, Н02J 7/00. Способ унификации внешних режимных параметров процесса формирования и заряда аккумуляторных батарей при их поточном производстве / Дзензерский В.А., Сиренко М.В., Лесничий В.Н., Бурылов С.В., Буряк А.А. – № 2002103364/09; заявл. 27.12.01; опубл. 20.02.04, Бюл. № 5. – 12 с.: ил.
Пат. 2284076 Российская Федерация, МПК(2006.01) Н01М 10/44, Н02J 7/00. Способ ускоренного батарейного формирования аккумуляторов повышенным током / Дзензерский В.А., Скосарь Ю.И., Бурылов С.В., Скосарь В.Ю., Буряк А.А. – № 2003131657/09; заявл. 28.10.03; опубл. 20.09.06, Бюл. № 26. – 11 с.: ил.
Пат. 2287884 Российская Федерация, МПК(2006.01) Н01М 10/50, Н02J 7/00. Автоматизированный производственный комплекс для формирования и зарядки аккумуляторных батарей при их поточном производстве / Дзензерский В.А., Дзензерский Д.В., Сиренко М.В., Лесничий В.Н., Бурылов С.В., Скосарь В.Ю., Буряк А.А. – № 2005116776/09; заявл. 01.06.05; опубл. 20.11.06, Бюл. № 32. – 9 с.: ил.
А.с. 871262 СССР, МКИ³ Н01М 10/50. Способ охлаждения аккумуляторов / Л.Л. Васильев, А.М. Марченко, В.А. Моргун, В.М. Богданов, М.Н. Машевич, В.М. Орлова (СССР). – № 2862433/24-07; заявл. 20.11.79; опубл. 07.10.81, Бюл. № 37. – 4 с.: ил.
А.с. 1023461 СССР, МКИ³ Н01М 10/50. Устройство для охлаждения аккумуляторов / Л.Л. Васильев, А.М. Марченко, В.А. Моргун, В.М. Богданов, М.Н. Машевич, В.М. Орлова (СССР). – № 2862432/24-07; заявл. 20.11.79; опубл. 07.10.83, Бюл. № 22. – 4 с.: ил.
А.с.1653030 СССР, МКИ⁵Н01М 2/36. Устройство для заливки аккумуляторов / Ю.Л. Пукалов, Н.Н. Тихонов, С.Ф.Адушкин (СССР). – № 4706867/07; заявл. 19.06.89; опубл. 30.05.91, Бюл. № 20. – 4 с.: ил.
А.с. 1292566 СССР, МКИ⁴ Н01М 10/04, 10/50. Аккумуляторная батарея / Л.Л. Амрекулов, В.А. Воронов (СССР). – № 3899977/24-07; заявл. 15.04.85. – 4 с.: ил.
Пат. 5665484 США, МПК⁶ Н01М 2/40. Устройство для циркуляции электролита. Electrolyte conditioning system / Bolder John G. Заявитель и патентообладатель Inductran Corp. – № 529363; заявл. 18.09.95; опубл. 09.09.97; НПК 429-62.
Пат. 2250539 Российская Федерация, МПК⁷ Н01М 10/12, 2/36. Устройство для батарейного формирования свинцовых аккумуляторов с принудительной управляемой циркуляцией электролита / Дзензерский В.А., Скосарь Ю.И., Аникеев Е.В., Бурылов С.В., Скосарь В.Ю., Буряк А.А. – № 2003105794/09; заявл. 03.03.03; опубл. 20.04.05, Бюл. № 11. – 10 с.: ил.
Пат. 2303319 Российская Федерация, МПК(2006.01) Н01М 4/22, 10/22. Способ формовки свинцово-кислотных батарей и установка для осуществления этого способа / Стоккьеро Франко; Заявитель и патентообладатель Стоккьеро Франко. – № 2005139391/09; заявл. 14.05.04; опубл. 20.07.07, Бюл. № 33. – 25 с.: ил.

Аннотация

Разработан промышленный способ формирования свинцово-кислотных аккумуляторов с циркуляцией (прокачкой) электролита. Достигнуто повышение емкости аккумуляторов, сокращение цикла формирования.

The industrial method of formation of lead-acid accumulators with circulation of electrolyte is developed. The increase of capacity of accumulators, reduction of forming cycle, is attained.
Ключевые слова

свинцово-кислотные аккумуляторы, технология формирования с циркуляцией электролита

lead-acid accumulators, formation technology with circulation of electrolyte