Tecnologia e vantaggi delle batterie al piombo-carbonio CSPower

Batteria al piombo-carbonio CSPower: tecnologia e vantaggi

Con il progresso della società, la necessità di sistemi di accumulo di energia a batteria per diverse applicazioni sociali continua ad aumentare. Negli ultimi decenni, molte tecnologie per le batterie hanno compiuto grandi progressi e lo sviluppo delle batterie al piombo-acido ha incontrato numerose opportunità e sfide. In questo contesto, scienziati e ingegneri hanno collaborato per aggiungere carbonio al materiale attivo negativo delle batterie al piombo-acido, dando vita alla batteria al piombo-carbonio, una versione migliorata delle batterie al piombo-acido.

Le batterie al piombo-carbonio sono una forma avanzata di batterie al piombo-acido a valvola regolata (VDRL) che utilizzano un catodo in carbonio e un anodo in piombo. Il carbonio presente sul catodo, anch'esso in carbonio, svolge la funzione di un condensatore o di un "supercondensatore", consentendo una carica e una scarica rapide, oltre a una maggiore durata nella fase iniziale di carica della batteria.

Perché il mercato ha bisogno di batterie al piombo-carbonio???

• * Modalità di guasto delle batterie al piombo-acido VRLA a piastre piane in caso di cicli intensivi

Le modalità di guasto più comuni sono:

– Ammorbidimento o distacco del materiale attivo. Durante la scarica, l'ossido di piombo (PbO2) della piastra positiva si trasforma in solfato di piombo (PbSO4) e ritorna allo stato di ossido di piombo durante la carica. Cicli di carica e scarica 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, il piombo (Pb) della piastra negativa si trasforma in solfato di piombo (PbSO4). Quando la batteria rimane a un basso livello 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 diminuzione della capacità, fino a quando la batteria diventa inutilizzabile.

• * La ricarica di una batteria al piombo richiede tempo

Idealmente, una batteria al piombo dovrebbe essere caricata a una velocità non superiore a 0,2C e la fase di carica principale dovrebbe durare otto ore di carica di assorbimento. L'aumento della corrente e della tensione di carica ridurrà il tempo di ricarica a scapito di una minore durata di servizio a causa dell'aumento della temperatura e della più rapida corrosione della piastra positiva dovuta alla tensione di carica più elevata.

• * Carbonio al piombo: migliori prestazioni a stato di carica parziale, maggiore durata del ciclo e maggiore efficienza a ciclo profondo

La sostituzione del materiale attivo della piastra negativa con un composito di piombo e carbonio può potenzialmente ridurre la solfatazione e migliorare l'accettazione della carica da parte della piastra negativa.

Tecnologia delle batterie al piombo-carbonio

La maggior parte delle batterie utilizzate offre una ricarica rapida, che avviene in un'ora o più. Anche durante la fase di carica, le batterie sono in grado di erogare energia, rimanendo operative e aumentandone la durata. Tuttavia, il problema delle batterie al piombo-acido risiedeva nel fatto che si scaricavano molto rapidamente e si ricaricavano molto lentamente.

Il motivo per cui le batterie al piombo-acido impiegavano così tanto tempo a recuperare la carica originale era dovuto ai residui di solfato di piombo che si depositavano sugli elettrodi e su altri componenti interni. Ciò richiedeva un'equalizzazione intermittente del solfato dagli elettrodi e dagli altri componenti della batteria. Questa precipitazione di solfato di piombo si verifica ad ogni ciclo di carica e scarica e l'eccesso di elettroni dovuto alla precipitazione provoca la produzione di idrogeno, con conseguente perdita di acqua. Questo problema si aggrava nel tempo e i residui di solfato iniziano a formare cristalli che compromettono la capacità di accettazione della carica da parte dell'elettrodo.

L'elettrodo positivo della stessa batteria produce buoni risultati nonostante la presenza degli stessi precipitati di solfato di piombo, il che dimostra chiaramente che il problema risiede nell'elettrodo negativo. Per ovviare a questo inconveniente, scienziati e produttori hanno risolto il problema aggiungendo carbonio all'elettrodo negativo (catodo) della batteria. L'aggiunta di carbonio migliora l'accettazione della carica da parte della batteria, eliminando la carica parziale e l'invecchiamento dovuto ai residui di solfato di piombo. Con l'aggiunta di carbonio, la batteria inizia a comportarsi come un "supercondensatore", offrendo le sue proprietà per prestazioni migliori.

Le batterie al piombo-carbonio sono un sostituto ideale per le applicazioni che utilizzano batterie al piombo-acido, come quelle con frequenti avviamenti e arresti del motore e i sistemi micro/mild hybrid. Le batterie al piombo-carbonio possono essere più pesanti rispetto ad altri tipi di batterie, ma sono economiche, resistenti alle temperature estreme e non richiedono sistemi di raffreddamento. A differenza delle tradizionali batterie al piombo-acido, queste batterie al piombo-carbonio funzionano perfettamente con una capacità di carica compresa tra il 30 e il 70%, senza il rischio di precipitazione di solfati. Le batterie al piombo-carbonio hanno superato le prestazioni delle batterie al piombo-acido nella maggior parte delle funzioni, ma, come i supercondensatori, subiscono una caduta di tensione durante la scarica.

Costruzione perCSPowerBatteria al piombo-carbonio a ciclo profondo a ricarica rapida

Caratteristiche per la ricarica rapida della batteria al piombo-carbonio a ciclo profondo

• Combinare le caratteristiche di una batteria al piombo e di un supercondensatore.
• Progettazione di servizi a lungo ciclo di vita, eccellente PSoC e prestazioni cicliche.
• l Elevata potenza, ricarica e scarica rapide
• Griglia unica e design per l'incollaggio del piombo
• Tolleranza alle temperature estreme
• l In grado di funzionare a temperature comprese tra -30°C e -60°C
• Capacità di recupero da scarica profonda

Vantaggi della ricarica rapida delle batterie al piombo-carbonio a ciclo profondo

Ogni batteria ha un utilizzo specifico a seconda delle applicazioni e non può essere definita buona o cattiva in generale.

Le batterie al piombo-carbonio potrebbero non rappresentare la tecnologia più recente in materia di batterie, ma offrono comunque alcuni vantaggi significativi che nemmeno le tecnologie più moderne sono in grado di garantire. Alcuni di questi vantaggi sono elencati di seguito:

• Minore solfatazione in caso di funzionamento con stato di carica parziale.
• Tensione di carica inferiore e quindi maggiore efficienza e minore corrosione della piastra positiva.
• Il risultato complessivo è un miglioramento della durata del ciclo di vita.

I test hanno dimostrato che le nostre batterie al piombo-carbonio resistono ad almeno ottocento cicli al 100% secondo gli standard DoD.

I test consistono in una scarica giornaliera a 10,8 V con I = 0,2 C₂₀, seguita da circa due ore di riposo in condizioni di scarica e quindi da una ricarica con I = 0,2 C₂₀.

• l ≥ 1200 cicli @ 90% DoD (scarica a 10,8 V con I = 0,2 C₂₀, circa due ore di riposo in condizioni di scarica, e poi una ricarica con I = 0,2 C₂₀)
• l ≥ 2500 cicli @ 60% DoD (scarica durante tre ore con I = 0,2C₂₀, immediatamente mediante ricarica a I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 3700 cicli @ 40% DoD (scarica durante due ore con I = 0,2C₂₀, immediatamente mediante ricarica a I = 0,2C₂₀)
• Nelle batterie al piombo-carbonio, l'effetto del danno termico è minimo grazie alle loro proprietà di carica e scarica. Le singole celle sono ben lontane dal rischio di bruciature, esplosioni o surriscaldamento.
• Le batterie al piombo-carbonio sono perfette sia per i sistemi connessi alla rete che per quelli isolati. Questa caratteristica le rende un'ottima scelta per i sistemi di energia solare, poiché offrono un'elevata capacità di corrente di scarica.

batterie al piombo al carbonioVSBatteria al piombo sigillata, batterie al gel

• Le batterie al piombo-carbonio funzionano meglio a stati di carica parziale (PSOC). Le normali batterie al piombo funzionano al meglio e durano più a lungo se seguono un regime rigoroso di "carica completa-scarica completa-carica completa"; non rispondono bene alla carica in qualsiasi stato intermedio tra carica completa e scarica. Le batterie al piombo-carbonio funzionano meglio in intervalli di carica più ambigui.
• Le batterie al piombo-carbonio utilizzano elettrodi negativi a supercondensatore. Le batterie al carbonio utilizzano un elettrodo positivo standard di tipo batteria al piombo e un elettrodo negativo a supercondensatore. Questo elettrodo a supercondensatore è la chiave della longevità delle batterie al carbonio. Un elettrodo standard di tipo piombo subisce una reazione chimica nel tempo a causa dei cicli di carica e scarica. L'elettrodo negativo a supercondensatore riduce la corrosione sull'elettrodo positivo, il che si traduce in una maggiore durata dell'elettrodo stesso e, di conseguenza, in batterie più durature.
• Le batterie al piombo-carbonio 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 per un periodo compreso tra 5 e 20 ore senza causare danni a lungo termine. Le batterie al piombo-carbonio hanno, in teoria, una velocità di carica/scarica illimitata.
• Le batterie al piombo-carbonio non richiedono alcuna manutenzione. Le batterie sono completamente sigillate e non necessitano di alcuna manutenzione attiva.
• Le batterie al piombo-carbonio sono competitive in termini di costo con le batterie al gel. Le batterie al gel sono ancora leggermente più economiche da acquistare inizialmente, ma le batterie al carbonio costano solo di poco di più. L'attuale differenza di prezzo 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 rappresenti un'opzione con un miglior rapporto qualità-prezzo.