Bateria de chumbo-carbono CSPower – Tecnologia, vantagens
Com o progresso da sociedade, as necessidades de armazenamento de energia em baterias em diversas situações sociais continuam a aumentar. Nas últimas décadas, muitas tecnologias de baterias avançaram significativamente, e o desenvolvimento das baterias de chumbo-ácido também enfrentou muitas oportunidades e desafios. Nesse contexto, cientistas e engenheiros trabalharam juntos para adicionar carbono ao material ativo negativo das baterias de chumbo-ácido, dando origem à bateria de chumbo-carbono, uma versão aprimorada das baterias de chumbo-ácido.
As baterias de chumbo-carbono são uma forma avançada de baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula, que utilizam um cátodo feito de carbono e um ânodo feito de chumbo. O carbono no cátodo de carbono desempenha a função de um capacitor ou um "supercapacitor", permitindo carga e descarga rápidas, além de uma vida útil prolongada na fase inicial de carga da bateria.
Por que o mercado precisa de baterias de chumbo-carbono????
- * Modos de falha de baterias de chumbo-ácido VRLA de placa plana em caso de ciclos intensivos
Os modos de falha mais comuns são:
– Amolecimento ou desprendimento do material ativo. Durante a descarga, o óxido de chumbo (PbO2) da placa positiva se transforma em sulfato de chumbo (PbSO4) e retorna a óxido de chumbo durante o carregamento. Ciclos frequentes reduzem a coesão do material da placa positiva devido ao maior volume de sulfato de chumbo em comparação com o óxido de chumbo.
– Corrosão da grade da placa positiva. Essa reação de corrosão acelera no final do processo de carga devido à presença, necessária, de ácido sulfúrico.
– Sulfatação do material ativo da placa negativa. Durante a descarga, o chumbo (Pb) da placa negativa também se transforma em sulfato de chumbo (PbSO4). Quando deixada em um estado de carga baixo, os cristais de sulfato de chumbo na placa negativa crescem, endurecem e formam uma camada impenetrável que não pode ser reconvertida em material ativo. O resultado é a diminuição da capacidade, até que a bateria se torne inutilizável.
- * Recarregar uma bateria de chumbo-ácido leva tempo.
Idealmente, uma bateria de chumbo-ácido deve ser carregada a uma taxa que não exceda 0,2C, e a fase de carga principal deve ser de oito horas de carga de absorção. O aumento da corrente e da tensão de carga reduzirá o tempo de recarga, à custa de uma menor vida útil devido ao aumento da temperatura e à corrosão mais rápida da placa positiva causada pela tensão de carga mais elevada.
- * Chumbo-carbono: melhor desempenho em estados de carga parciais, maior número de ciclos, vida útil mais longa e maior eficiência em ciclos profundos.
A substituição do material ativo da placa negativa por um compósito de chumbo-carbono reduz potencialmente a sulfatação e melhora a aceitação de carga da placa negativa.
Tecnologia de baterias de chumbo-carbono
A maioria das baterias utilizadas oferece carregamento rápido em uma hora ou mais. Enquanto estão carregadas, elas ainda fornecem energia, o que as torna operacionais mesmo com carga reduzida, aumentando sua vida útil. No entanto, o problema das baterias de chumbo-ácido era o tempo muito curto para descarregar e o tempo muito longo para recarregar.
A razão pela qual as baterias de chumbo-ácido demoravam tanto para recuperar sua carga inicial era o acúmulo de sulfato de chumbo precipitado nos eletrodos e em outros componentes internos da bateria. Isso exigia uma equalização intermitente do sulfato proveniente dos eletrodos e de outros componentes da bateria. Essa precipitação de sulfato de chumbo ocorre a cada ciclo de carga e descarga, e o excesso de elétrons devido à precipitação causa a produção de hidrogênio, resultando em perda de água. Esse problema se agrava com o tempo, e os resíduos de sulfato começam a formar cristais que comprometem a capacidade de aceitação de carga do eletrodo.
O eletrodo positivo da mesma bateria apresenta bons resultados apesar da presença dos mesmos precipitados de sulfato de chumbo, o que deixa claro que o problema está no eletrodo negativo. Para solucionar esse problema, cientistas e fabricantes adicionaram carbono ao eletrodo negativo (cátodo) da bateria. A adição de carbono melhora a aceitação de carga da bateria, eliminando a carga parcial e o envelhecimento causados pelos resíduos de sulfato de chumbo. Com a adição de carbono, a bateria passa a se comportar como um supercapacitor, oferecendo suas propriedades para um melhor desempenho.
As baterias de chumbo-carbono são uma excelente alternativa para aplicações que utilizam baterias de chumbo-ácido, como em sistemas de partida e parada frequentes e em sistemas micro/híbridos leves. Embora possam ser mais pesadas em comparação com outros tipos de baterias, as baterias de chumbo-carbono são econômicas, resistentes a temperaturas extremas e não necessitam de sistemas de refrigeração para funcionar. Ao contrário das baterias de chumbo-ácido tradicionais, as baterias de chumbo-carbono operam perfeitamente entre 30% e 70% da capacidade de carga, sem o risco de precipitação de sulfato. As baterias de chumbo-carbono superam as baterias de chumbo-ácido na maioria das funções, mas sofrem uma queda de tensão durante a descarga, assim como os supercapacitores.
Construção paraCSPowerBateria de chumbo-carbono de ciclo profundo com carregamento rápido
Características da bateria de chumbo-carbono de ciclo profundo com carregamento rápido
- l Combinar as características da bateria de chumbo-ácido e do supercapacitor
- Design de serviço de longo ciclo de vida, excelente PSoC e desempenho cíclico
- Alta potência, carregamento e descarregamento rápidos
- Design exclusivo de colagem de grade e chumbo
- Tolerância a temperaturas extremas
- Capaz de operar a temperaturas de -30°C a -60°C.
- Capacidade de recuperação de descarga profunda
Vantagens da bateria de chumbo-carbono de ciclo profundo com carregamento rápido
Cada bateria tem um uso específico dependendo de suas aplicações e não pode ser classificada como boa ou ruim de forma geral.
Embora as baterias de chumbo-carbono não representem a tecnologia mais recente, elas oferecem grandes vantagens que nem mesmo as tecnologias mais modernas conseguem igualar. Algumas dessas vantagens são apresentadas a seguir:
- Menos sulfatação em caso de operação com estado de carga parcial.
- Menor tensão de carga resulta em maior eficiência e menor corrosão da placa positiva.
- E o resultado geral é uma vida útil do ciclo de vida melhorada.
Os testes demonstraram que nossas baterias de chumbo-carbono suportam pelo menos oitocentos ciclos de descarga a 100%.
Os testes consistem em uma descarga diária até 10,8V com I = 0,2C₂₀, seguida de aproximadamente duas horas de repouso em condição descarregada e, em seguida, uma recarga com I = 0,2C₂₀.
- l ≥ 1200 ciclos a 90% de DoD (descarga até 10,8V com I = 0,2C₂₀, por aproximadamente duas horas de repouso em condição descarregada e, em seguida, uma recarga com I = 0,2C₂₀)
- l ≥ 2500 ciclos a 60% de DoD (descarga durante três horas com I = 0,2C₂₀, imediatamente por recarga a I = 0,2C₂₀)
- l ≥ 3700 ciclos a 40% de DoD (descarga durante duas horas com I = 0,2C₂₀, imediatamente por recarga a I = 0,2C₂₀)
- O efeito de dano térmico é mínimo em baterias de chumbo-carbono devido às suas propriedades de carga e descarga. As células individuais estão longe dos riscos de incêndio, explosão ou superaquecimento.
- As baterias de chumbo-carbono são perfeitas para sistemas conectados à rede e sistemas isolados. Essa característica as torna uma ótima opção para sistemas de energia solar, pois oferecem alta capacidade de corrente de descarga.
Baterias de chumbo-carbonoVSBateria de chumbo-ácido selada, baterias de gel
- As baterias de chumbo-carbono têm melhor desempenho em estados de carga parciais (PSOC). As baterias de chumbo-ácido comuns funcionam melhor e duram mais se seguirem um regime estrito de "carga completa - descarga completa - carga completa"; elas não respondem bem a cargas em estados intermediários, como carga completa e descarga total. As baterias de chumbo-carbono, por sua vez, funcionam melhor em regimes de carga mais ambíguos.
- As baterias de chumbo-carbono utilizam eletrodos negativos de supercapacitores. As baterias de carbono usam um eletrodo positivo de bateria de chumbo padrão e um eletrodo negativo de supercapacitor. Este eletrodo de supercapacitor é a chave para a longevidade das baterias de carbono. Um eletrodo de chumbo padrão sofre uma reação química ao longo do tempo devido aos ciclos de carga e descarga. O eletrodo negativo de supercapacitor reduz a corrosão no eletrodo positivo, o que leva a uma maior vida útil do próprio eletrodo e, consequentemente, a baterias com maior durabilidade.
- As baterias de chumbo-carbono possuem taxas de carga/descarga mais rápidas. As baterias de chumbo-ácido convencionais têm taxas de carga/descarga entre 5% e 20% da sua capacidade nominal, o que significa que você pode carregar ou descarregar as baterias por um período de 5 a 20 horas sem causar danos a longo prazo. As baterias de chumbo-carbono têm uma taxa de carga/descarga teoricamente ilimitada.
- As baterias de chumbo-carbono não requerem manutenção. Elas são totalmente seladas e não necessitam de manutenção ativa.
- As baterias de chumbo-carbono são competitivas em termos de custo com as baterias de gel. As baterias de gel ainda são ligeiramente mais baratas na compra inicial, mas as baterias de carbono são apenas um pouco mais caras. A diferença de preço atual entre as baterias de gel e de carbono é de aproximadamente 10 a 11%. Levando em consideração que as baterias de carbono duram cerca de 30% mais, fica fácil entender por que elas representam uma opção com melhor custo-benefício.
Data da publicação: 08/04/2022
