Porque é que as baterias de chumbo-ácido continuam no mercado após mais de cem anos? Porque é que, hoje em dia, a taxa de instalação de baterias de chumbo-ácido para bicicletas eléctricas ainda é superior a 80%? Este artigo leva-o a explorar o ácido da bateria de chumbo-ácido.
1. Bateria de chumbo-ácido
A bateria de chumbo-ácido foi inventada pelo físico francês Gaston Plante em 1859 e foi a primeira bateria recarregável para uso comercial. A histórica pilha de chumbo-ácido ainda é muito utilizada atualmente.
A sua popularidade é fácil de compreender: O chumbo-ácido é fiável e barato por watt-hora, e poucas outras baterias oferecem a mesma quantidade de energia reciclável e barata que faz com que as baterias de chumbo-ácido sejam amplamente utilizadas em automóveis, carrinhos de golfe, empilhadoras, navios e armazenamento de energia ups.
2. Composição da pilha de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido são construídas a partir de uma estrutura em grelha feita de uma liga de chumbo. Uma vez que o chumbo puro é demasiado macio para se suportar a si próprio, são adicionadas pequenas quantidades de outros metais, como o antimónio, o cálcio, o estanho e o selénio, para ajudar a obter uma maior resistência mecânica, melhorando simultaneamente as suas propriedades eléctricas. Estas baterias são frequentemente designadas por baterias de "chumbo". - Baterias de "antimónio" e "chumbo-cálcio".
A adição de antimónio e estanho às baterias de chumbo-antimónio e chumbo-estanho pode melhorar o ciclo profundo, mas aumenta o consumo de água e aumenta os requisitos de neutralização.
Embora o cálcio possa reduzir a auto-descarga, quando a placa de chumbo-cálcio do elétrodo positivo é sobrecarregada, haverá efeitos secundários devido à oxidação da rede. Por conseguinte, o ácido moderno para a bateria de chumbo-ácido também utiliza outros dopantes, como o selénio, o cádmio, o estanho e o arsénico, para reduzir o teor de antimónio e de cálcio e reduzir o impacto dos efeitos secundários.
3. ácido para bateria de chumbo-ácido
O chumbo-ácido tem uma gravidade específica mais elevada, mas não é tão durável como os sistemas à base de níquel e lítio quando submetidos a ciclos profundos. Uma vez que a descarga total de uma bateria de chumbo-ácido provoca tensão, a bateria perde permanentemente uma pequena quantidade de capacidade em cada ciclo de descarga/carga. Quando a bateria está em boas condições de funcionamento, esta perda é mínima, mas quando o desempenho desce para metade da sua capacidade nominal, a deterioração acelera. Esta caraterística de desgaste aplica-se a todas as baterias em diferentes graus. Aqui estão mais informações sobre Bateria de chumbo-ácido vs ião de lítio.
4. Diferentes tipos de ácido para baterias de chumbo-ácido
O chumbo-ácido para aplicações de ciclo profundo pode fornecer 200 a 300 ciclos de descarga/carga, dependendo da profundidade da descarga. As principais razões para o seu ciclo de vida relativamente curto são a corrosão da malha no elétrodo positivo, o esgotamento do material ativo e a expansão da placa positiva; os fenómenos de envelhecimento são acelerados quando a temperatura de funcionamento aumenta e são utilizadas correntes de descarga elevadas.
Carregamento da bateria deste tipo é fácil, basta seguir os limites de tensão correctos. A escolha de um limite de tensão baixo protegerá melhor a bateria, mas resultará num fraco desempenho e levará à acumulação de sulfureto na placa negativa. Limitar a alta tensão melhorará o desempenho da bateria, mas criará corrosão da grelha na placa positiva. A sulfatação pode ser revertida com reparações atempadas, mas a corrosão no elétrodo positivo será permanente.
5. Características do ácido para baterias de chumbo-ácido
O chumbo-ácido não é adequado para um carregamento rápido, sendo que uma carga completa demora 14-16 horas para a maioria dos tipos de baterias. As baterias devem ser sempre armazenadas num estado totalmente carregado. A baixa capacidade da bateria pode causar sulfatação da bateria e reduzir o seu desempenho. A adição de carbono ao elétrodo negativo pode reduzir este problema, mas reduzirá a energia específica da bateria.
O chumbo-ácido tem uma vida útil moderada, não é tão afetado pelo ciclo da bateria como os sistemas à base de níquel e tem a melhor retenção de carga entre as baterias recarregáveis. O níquel-cádmio perde cerca de 40% da sua energia armazenada no espaço de três meses, enquanto o ácido da bateria de chumbo-ácido mantém a mesma energia no espaço de um ano.
Ao mesmo tempo, as baterias de chumbo-ácido funcionam bem em condições de baixa temperatura e o ácido das baterias de chumbo-ácido é superior ao das baterias de iões de lítio quando funcionam em condições negativas. De acordo com a Universidade RWTH Aachen, na Alemanha (2018), o custo das baterias de chumbo-ácido imersas em líquido é de aproximadamente US$150 por kWh, o que constitui um dos níveis de custo mais baixos entre as baterias.
6. Bateria selada de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido seladas originais apareceram em meados da década de 1970, embora os engenheiros acreditassem que o termo "chumbo-ácido selado" era um termo incorreto, porque nenhuma bateria de chumbo-ácido podia ser completamente selada: Para controlar a formação de gases durante o carregamento intenso e o descarregamento rápido, são adicionadas válvulas às baterias seladas para que, quando a pressão aumenta, os gases sejam libertados.
Além disso, o eletrólito de uma bateria selada não é embebido num líquido, mas num separador humidificado. Semelhante à conceção dos sistemas à base de níquel e lítio, a bateria selada pode funcionar normalmente em qualquer direção física sem ácido para o ácido de chumbo. A bateria não apresenta fugas.
7. Bateria de gel
A VRLA é também designada por bateria de gel porque contém um gel do tipo sílica com um eletrólito suspenso numa pasta. Se o gás se acumular e subir, a válvula da VRLA actuará como um respiradouro para garantir a segurança da bateria. Mas devemos tentar evitar a ventilação repetida, pois isso acabará por levar à perda de capacidade da bateria.
Devido ao seu baixo preço, serviço fiável e baixos custos de manutenção, o SLA continua a ser a primeira escolha para os cuidados de saúde em hospitais e lares de idosos. Os VRLAs de maiores dimensões são utilizados como energia de reserva para torres de retransmissão de telemóveis, centros de Internet, bancos, hospitais, aeroportos e muito mais.
8. Baterias de ciclo profundo
Baterias de ciclo profundo como bateria de lítio de ciclo profundo são concebidos para fornecer energia contínua a cadeiras de rodas, carrinhos de golfe, empilhadores, etc. Pretende-se atingir a maior capacidade possível e um número de ciclos moderadamente elevado. Para o efeito, a placa de chumbo é mais espessa (ver figura abaixo).
Embora as baterias sejam concebidas para ciclos, uma descarga completa pode ainda causar stress na bateria, e o número de ciclos está relacionado com a profundidade da descarga (DoD).
O desempenho das baterias de ciclo profundo é expresso em Ah ou minutos de tempo de funcionamento e não tem nada a ver com o ácido das baterias de chumbo-ácido. A capacidade é normalmente classificada com base em 5 horas e 20 horas de descarga. Se estiver interessado, aqui tem mais informações sobre empresa de fabrico de bess.
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