Batteria al piombo e carbonio CSPower: tecnologia, vantaggi
Con il progresso della società, la necessità di accumulare energia tramite batterie in diverse occasioni sociali continua ad aumentare. Negli ultimi decenni, molte tecnologie per le batterie hanno compiuto grandi progressi e anche lo sviluppo delle batterie al piombo-acido ha incontrato numerose opportunità e sfide. In questo contesto, scienziati e ingegneri hanno collaborato per aggiungere carbonio alla materia attiva negativa delle batterie al piombo-acido, dando vita alla batteria piombo-carbone, una versione migliorata delle batterie al piombo-acido.
Le batterie al piombo-carbone sono una versione avanzata delle batterie al piombo-acido regolate da valvola (VAR), che utilizzano un catodo in carbonio e un anodo in piombo. Il carbonio sul catodo in carbonio svolge la funzione di un condensatore o "supercondensatore", consentendo una carica e una scarica rapide e una maggiore durata nella fase di carica iniziale della batteria.
Perché il mercato ha bisogno di batterie al piombo e al carbonio???
- * Modalità di guasto delle batterie al piombo VRLA a piastra piana in caso di cicli intensivi
Le modalità di guasto più comuni sono:
– Rammollimento o distacco del materiale attivo. Durante la scarica, l'ossido di piombo (PbO₂) della piastra positiva si trasforma in solfato di piombo (PbSO₂), per poi tornare ad essere ossido di piombo durante la carica. Cicli frequenti riducono la coesione del materiale della piastra positiva a causa del maggiore volume di solfato di piombo rispetto all'ossido di piombo.
– Corrosione della griglia della piastra positiva. Questa reazione di corrosione accelera al termine del processo di carica a causa della necessaria presenza di acido solforico.
– Solfatazione del materiale attivo della piastra negativa. Durante la scarica, anche il piombo (Pb) della piastra negativa si trasforma in solfato di piombo (PbSO4). Se lasciati in un basso stato di carica, i cristalli di solfato di piombo sulla piastra negativa crescono e si induriscono, formando uno strato impenetrabile che non può essere riconvertito in materiale attivo. Il risultato è una riduzione della capacità, fino a rendere la batteria inutilizzabile.
- * Ci vuole tempo per ricaricare una batteria al piombo
Idealmente, una batteria al piombo dovrebbe essere caricata a una temperatura non superiore a 0,2 °C e la fase di carica principale dovrebbe durare otto ore di carica di assorbimento. Aumentare la corrente e la tensione di carica ridurrà i tempi di ricarica, a scapito della durata utile a causa dell'aumento della temperatura e della più rapida corrosione della piastra positiva dovuta alla maggiore tensione di carica.
- * Piombo-carbone: migliori prestazioni dello stato di carica parziale, più cicli di lunga durata e ciclo profondo più efficiente
La sostituzione del materiale attivo della piastra negativa con un composito di piombo e carbone riduce potenzialmente la solfatazione e migliora l'accettazione della carica della piastra negativa.
Tecnologia delle batterie al piombo-carbone
La maggior parte delle batterie attualmente in uso offre una ricarica rapida, che avviene in un'ora o più. Mentre sono sotto carica, le batterie possono comunque erogare energia, il che le rende operative anche sotto carica, aumentandone il consumo. Tuttavia, il problema riscontrato nelle batterie al piombo-acido era che impiegavano pochissimo tempo per scaricarsi e molto tempo per ricaricarsi.
Il motivo per cui le batterie al piombo impiegavano così tanto tempo per recuperare la carica originale era dovuto ai residui di solfato di piombo che si depositavano sugli elettrodi e su altri componenti interni della batteria. Ciò richiedeva un'equalizzazione intermittente del solfato dagli elettrodi e dagli altri componenti della batteria. Questa precipitazione di solfato di piombo si verifica a ogni ciclo di carica e scarica e l'eccesso di elettroni dovuto alla precipitazione causa la produzione di idrogeno con conseguente perdita di acqua. Questo problema peggiora nel tempo e i residui di solfato iniziano a formare cristalli che compromettono la capacità di accettazione della carica dell'elettrodo.
L'elettrodo positivo della stessa batteria produce buoni risultati nonostante la presenza degli stessi precipitati di solfato di piombo, il che rende chiaro che il problema risiede nell'elettrodo negativo della batteria. Per superare questo problema, scienziati e produttori hanno aggiunto carbone all'elettrodo negativo (catodo) della batteria. L'aggiunta di carbone migliora l'accettazione della carica della batteria, eliminando la carica parziale e l'invecchiamento della batteria dovuti ai residui di solfato di piombo. Aggiungendo carbone, la batteria inizia a comportarsi come un "supercondensatore", offrendo le sue proprietà per migliorarne le prestazioni.
Le batterie al piombo-carbone rappresentano una perfetta sostituzione per le applicazioni che prevedono l'uso di batterie al piombo-acido, come quelle con frequenti avviamenti e arresti e i sistemi micro/mild hybrid. Le batterie al piombo-carbone possono essere più pesanti rispetto ad altri tipi di batterie, ma sono economiche, resistenti a temperature estreme e non richiedono meccanismi di raffreddamento integrati. A differenza delle tradizionali batterie al piombo-acido, queste batterie al piombo-carbone funzionano perfettamente tra il 30 e il 70% della capacità di carica, senza il rischio di precipitazioni di solfati. Le batterie al piombo-carbone hanno prestazioni superiori alle batterie al piombo-acido nella maggior parte delle applicazioni, ma subiscono una caduta di tensione in fase di scarica, come avviene per i supercondensatori.
Costruzione perCSPowerBatteria al piombo e carbonio a ciclo profondo a carica rapida
Caratteristiche della batteria al piombo-carbone a ciclo profondo a carica rapida
- l Combina le caratteristiche della batteria al piombo e del supercondensatore
- l Progettazione del servizio a lungo ciclo di vita, PSoC eccellente e prestazioni cicliche
- l Alta potenza, carica e scarica rapida
- l Design unico della griglia e dell'incollatura dei cavi
- l Tolleranza alle temperature estreme
- l In grado di funzionare a -30°C -60°C
- l Capacità di recupero da scariche profonde
Vantaggi della batteria al piombo-carbone a ciclo profondo a carica rapida
Ogni batteria ha un suo utilizzo specifico a seconda dell'applicazione e non può essere definita buona o cattiva in modo generale.
Una batteria al piombo-carbone potrebbe non essere la tecnologia più recente nel campo delle batterie, ma offre alcuni vantaggi eccezionali che nemmeno le tecnologie più recenti possono offrire. Alcuni di questi vantaggi delle batterie al piombo-carbone sono elencati di seguito:
- l Minore solfatazione in caso di funzionamento a carica parziale.
- l Tensione di carica inferiore e quindi maggiore efficienza e minore corrosione della piastra positiva.
- l E il risultato complessivo è un ciclo di vita migliorato.
I test hanno dimostrato che le nostre batterie al piombo-carbone resistono ad almeno ottocento cicli DoD al 100%.
I test consistono in una scarica giornaliera a 10,8 V con I = 0,2 C₂₀, con circa due ore di riposo in condizioni di scarica e quindi una ricarica con I = 0,2 C₂₀.
- l ≥ 1200 cicli al 90% DoD (scarica a 10,8 V con I = 0,2C₂₀, con circa due ore di riposo in condizioni di scarica, quindi una ricarica con I = 0,2C₂₀)
- l ≥ 2500 cicli al 60% DoD (scarica per tre ore con I = 0,2C₂₀, ricarica immediata a I = 0,2C₂₀)
- l ≥ 3700 cicli al 40% DoD (scarica per due ore con I = 0,2C₂₀, ricarica immediata a I = 0,2C₂₀)
- L'effetto del danno termico è minimo nelle batterie al piombo-carbone grazie alle loro proprietà di carica-scarica. Le singole celle sono lontane dal rischio di bruciature, esplosioni o surriscaldamento.
- Le batterie al piombo-carbone sono perfette per sistemi on-grid e off-grid. Questa qualità le rende un'ottima scelta per i sistemi solari, poiché offrono un'elevata capacità di corrente di scarica.
Batterie al piombo-carboneVSBatteria al piombo sigillata, batterie al gel
- Le batterie al piombo-carbone sono più adatte a funzionare in stati di carica parziali (PSOC). Le normali batterie al piombo funzionano meglio e durano più a lungo se seguono un rigido regime di "carica completa"-"scarica completa"-"carica completa"; non rispondono bene alla carica in qualsiasi stato intermedio tra "pieno" e "vuoto". Le batterie al piombo-carbone funzionano meglio in intervalli di carica più variabili.
- Le batterie al piombo-carbone utilizzano elettrodi negativi a supercondensatore. Le batterie al carbonio utilizzano un elettrodo positivo standard per batterie al piombo e un elettrodo negativo a supercondensatore. Questo elettrodo a supercondensatore è la chiave della longevità delle batterie al carbonio. Un elettrodo standard al piombo subisce una reazione chimica nel tempo a causa della carica e della scarica. L'elettrodo negativo a supercondensatore riduce la corrosione sull'elettrodo positivo, il che si traduce in una maggiore durata dell'elettrodo stesso, che a sua volta si traduce in batterie più durature.
- Le batterie al piombo-carbone hanno velocità di carica/scarica più elevate. Le batterie al piombo standard hanno velocità di carica/scarica comprese tra il 5 e il 20% della loro capacità nominale, il che significa che è possibile caricare o scaricare le batterie in un lasso di tempo compreso tra 5 e 20 ore senza causare danni a lungo termine alle unità. Le batterie al piombo-carbone hanno una velocità di carica/scarica teoricamente illimitata.
- Le batterie al piombo-carbone non richiedono alcuna manutenzione. Sono completamente sigillate e non richiedono alcuna manutenzione attiva.
- Le batterie al piombo-carbone sono competitive in termini di costi rispetto alle batterie al gel. Le batterie al gel sono ancora leggermente più economiche all'acquisto, mentre quelle al carbonio costano solo leggermente di più. La differenza di prezzo attuale tra batterie al gel e al carbonio è di circa il 10-11%. Considerando che il carbonio dura circa il 30% in più, si capisce perché sia un'opzione con un miglior rapporto qualità-prezzo.
Data di pubblicazione: 08-04-2022
