Bateriile FLA si bateriile SLA

[Cristi]

Cu toti am auzit de bateriile plumb-acid. Stiti cum functioneaza? Stiti care sunt diferentele dintre ele? M-am gandit ca e util sa va transmit cateva informatii care va pot ajuta atunci cand aveti nevoie sa faceti alegerea bateriei.

Bateria cu plumb-acid este un dispozitiv de stocare a energiei reîncărcabil, construit cu un electroz negativ din plumb (anod), un electroz pozitiv din oxid de plumb (catod) și un electrolit de acid sulfuric. Inventate în 1859 de fizicianul francez Gaston Plante, bateriile cu plumb-acid sunt strămoșii bateriilor reîncărcabile și rămân o tehnologie populară și în zilele noastre. Deși chimia bazată pe litiu a primit atenție enormă în ultimul deceniu, bateriile cu plumb-acid vor menține o poziție puternică în aplicațiile în care raportul cost-per-watt redus și/sau performanța excelentă la temperaturi scăzute sunt critice.

 Electrochimie Procesul electrochimic dintr-o baterie cu plumb-acid implică o semireacție de oxidare la anodul din plumb (Pb), care eliberează electroni, și o semireacție de reducție la catodul din dioxid de plumb (PbO2), care acceptă electroni. Pe măsură ce o baterie se descarcă, anodul din plumb reacționează cu ioni de sulfat din electrolit pentru a produce sulfat de plumb (PbSO4) și electroni (e⁻). Electronii generați în această reacție curg pentru a furniza curent electric printr-un circuit electric extern. În semireacția de la catod, fluxul de electroni (creat la anod) permite moleculelor de oxigen să fie eliberate din dioxidul de plumb. Hidrogenul (H+) își întrerupe legătura cu moleculele de sulfat din acidul sulfuric (H2SO4) din electrolit și se combină cu oxigenul pentru a crea apă (H2O). Moleculele de sulfat acum libere se combină cu moleculele de plumb disponibile la ambele electrozi pentru a forma sulfat de plumb. În timpul descărcării bateriei, electrolitul este epuizat de acidul tetraoxosulfuric (VI) dizolvat și se transformă în apă. Încărcarea bateriei inversează procesul electrochimic. Sulfatul de plumb și apa sunt convertite în plumb pentru anod, dioxid de plumb pentru catod și acid sulfuric.Performanță și Durată de Viață
Bateriile cu plumb-acid au un ciclu de viață relativ scurt (200-700 de cicluri) și o durată de viață de 5 până la 15 ani, în funcție de construcție, utilizare și condițiile de temperatură. Energiea specifică și densitatea energetică sunt de 30-40 Wh/kg, respectiv 50-90 Wh/l. Eficiența încărcării este în mod obișnuit de 50%, iar timpul de încărcare variază între 10 și 24 de ore. Bateriile cu plumb-acid au o rată de autodescarcare de 3-4% pe lună, ceea ce este mult mai bun decât bateriile de nichel-cadmium (NiCd) și nichel-metal hidrid (NiMH) și comparabil cu bateriile cu ion de litiu (Li-ion). Performanța și ciclul de viață ale unei baterii cu plumb-acid depind de electrodul pozitiv, în timp ce electrodul negativ afectează performanța la temperaturi scăzute a sistemelor.Baterie cu Plumb-Acid Umedă
Bateriile cu plumb-acid sunt împărțite în două categorii principale în funcție de tipul de construcție: inundate și etanșe. Bateriile cu plumb-acid inundate, uneori numite baterii cu plumb-acid ventilate, folosesc un electrolit lichid, iar electrozii sunt complet imersați în electrolit. Soluția de electrolit este în mod obișnuit alcătuită din 30-35% acid sulfuric și 70-65% apă. În timpul încărcării bateriilor inundate, oxigenul creat la electrozul pozitiv și hidrogenul creat la electrozul negativ trebuie să fie evacuați pentru a preveni acumularea excesivă de gaze. De asemenea, încăperea sau spațiul în care se află bateria trebuie să fie ventilat, deoarece o atmosferă concentrată de hidrogen și oxigen prezintă un pericol potențial de explozie. În același timp, se așteaptă o pierdere de apă odată cu eliberarea gazelor de hidrogen și oxigen. Aceasta necesită întreținere regulată (adăugarea de apă) pentru a compensa hidrogenul și oxigenul pierdute. Prin urmare, bateriile inundate au capace detașabile pentru a completa periodic electrolitul în celule.Baterie cu Plumb-Acid Etanșă
Bateriile cu plumb-acid etanșe (SLA) sunt sigilate la atmosferă și au o supapă de siguranță pentru a elibera gaze în cazul creșterii excesive a presiunii interne. Prin urmare, sunt numite și baterii cu plumb-acid cu reglare valvulară (VRLA). Acestea au în esență aceeași chimie ca bateriile inundate, dar, în plus față de un design etanș, electrolitul din bateriile VRLA este imobilizat printr-un mecanism astfel încât acestea au mai puține probleme legate de eliberarea electrolitului în comparație cu bateriile inundate. În timpul procesului de încărcare, gazele de hidrogen și oxigen produse din apă sunt recombinate în apă în interiorul containerului. Deoarece se pierd foarte puțin gaz de hidrogen și oxigen și conținutul de apă din electrolit rămâne neschimbat, bateria VRLA nu necesită umplere periodică cu apă distilată și, prin urmare, bateria este cunoscută și ca baterie fără întreținere. Hidrogenul și oxigenul vor scăpa prin supapa de presiune într-o condiție de supracaricare (cum este tipic pentru orice tip de baterie). Electrolitul bateriilor VRLA este imobilizat fie prin înmuiere într-un separator format din fibre de sticlă mată, așa cum este cazul bateriilor cu plumb-acid cu absorbție a gazelor (AGM), fie prin formarea unui gel prin adăugarea de dioxid de siliciu, așa cum este cazul bateriilor cu plumb-acid gel.Baterie Inundată vs. Baterie Etanșă
Bateriile cu plumb-acid cu electrolit inundat sunt preferate în multe aplicații datorită avantajelor lor, cum ar fi costul inițial scăzut, puterea mare de pornire la rece (CCA), buna toleranță la tensiuni incorecte de reîncărcare și capacitatea de a fi încărcate mai rapid cu curent mare. Cu toate acestea, costul mai mic al bateriilor cu plumb-acid inundat trebuie echilibrat împotriva dezavantajelor lor. Frecvența mare de întreținere, tarifele ridicate datorate opțiunilor limitate de transport, ciclul de viață scurt și perioada scurtă de valabilitate se traduc printr-un cost secundar ridicat. Bateriile inundate nu funcționează pe principiul recombinației. Astfel, pot fi instalate numai în poziție verticală, altfel electrolitul lichid poate se scurge și provoca coroziune dacă bateria este răsturnată sau perforată. Când sunt lăsate într-o stare descărcată din cauza sulfatației sau descărcării continue datorate eliminării materialelor active, bateriile inundate își pierd capacitatea și devin permanent deteriorate. Stratificarea acidului care provoacă o viață calendar și ciclu de viață scurtate și o performanță redusă la încărcare și descărcare este o altă problemă pentru celulele umede convenționale.Bateriile cu plumb-acid etanșe sunt fără întreținere, fără scurgeri, insensibile la poziție. Designul de recombinație permite oxigenului, produs în mod normal pe plăcile pozitive de oxid de plumb ale bateriilor cu plumb-acid etanșe, să fie absorbit de placa negativă din plumb. Acest lucru suprimă și producția de gaz de hidrogen la placa negativă. Deoarece gazele de hidrogen și oxigen nu sunt generate în timpul încărcării, se produce apă. Reacția de recombinație elimină necesitatea de a umple bateria cu apă și permite bateriei să fie montată și să funcționeze în orice poziție fără scurgeri. Bateriile etanșe au, totuși, un cost inițial mai mare. De exemplu, bateriile cu plumb-acid AGM costă aproximativ de trei ori mai mult decât bateriile cu plumb-acid umede. Bateriile etanșe necesită o încărcare mai atentă și monitorizarea automată a temperaturii la baterie. Încărcarea incorectă sau gestionarea termică proastă crește riscul de creștere termică. O rată de autodescarcare de până la 30% pe lună înseamnă că bateriile etanșe trebuie reîncărcate în mod regulat atunci când sunt depozitate.Baterii SLI și Baterii de Ciclu Adânc
Bateriile cu plumb-acid pot fi împărțite în două categorii în funcție de tipul de descărcare: baterii SLI (pornire, iluminare și aprindere) care furnizează o scurtă explozie de putere mare și baterii de ciclu adânc care furnizează un nivel mai scăzut și constant de putere pe perioade mai lungi de timp. Bateriile SLI au o capacitate mare de curent momentan și sunt potrivite pentru aplicații precum pornirea motorului și susținerea unor sarcini electrice mari. Bateriile de ciclu adânc sunt concepute pentru a furniza o ieșire continuă pentru a alimenta echipamentele electrice, dar nu sunt proiectate pentru o ieșire maximă de curent pentru perioade scurte. Viața bateriei depinde de adâncimea fiecărei descărcări. Cu cât descărcarea medie este mai mică, cu atât viața bateriei este mai lungă. Bateriile de ciclu adânc sunt descărcate până la mai puțin de 50% (SLA) sau 80% (inundate) din capacitatea nominală. Plăcile de plumb mai groase sunt folosite pentru a asigura că bateriile pot fi descărcate și reîncărcate de mai multe ori fără degradare. Bateriile de ciclu adânc necesită timp de încărcare mai lung.Aplicații
În ciuda volumului său mare, densitatea energetică scăzută, ciclul de viață scurt și profilul de tensiune în scădere în timpul descărcării, chimia plumb-acid rămâne o tehnologie competitivă. Sunt puține alte chimii de baterii care să furnizeze energie en-gros la fel de ieftin ca plumbul-acid și să ofere performanță constantă în medii reci. Toate bateriile SLI (pornire, iluminare și aprindere) pentru vehicule cu motor cu ardere internă (ICE) sunt în prezent bazate pe plumb. Bateriile cu plumb-acid au fost o opțiune obișnuită de stocare pentru aplicații de rezervă și de backup, micro-rețele minore sau sisteme de alimentare electrice independente de rețea și pentru a conduce scaune cu rotile, macarale, cărucioare de golf, veliere și scutere și biciclete electrice. Se așteaptă ca tehnologiile bateriilor cu plumb-acid să rămână în considerare pentru utilizare în vehiculele hibride cu plug-in (HEV) și vehiculele electrice cu baterii (EV) deoarece reprezintă o soluție rentabilă.

- baterie plumb-acid, stocare de energie, performanță, ciclu de viață, acid sulfuric, baterie închisă, baterie inundată, VRLA, AGM,