Tecnología y ventajas de las baterías de plomo y carbono CSPower

Batería de plomo y carbono CSPower: tecnología y ventajas

Con el progreso de la sociedad, la demanda de almacenamiento de energía en baterías en diversas ocasiones sociales sigue aumentando. En las últimas décadas, muchas tecnologías de baterías han avanzado considerablemente, y el desarrollo de las baterías de plomo-ácido también ha enfrentado numerosas oportunidades y desafíos. En este contexto, científicos e ingenieros colaboraron para añadir carbono al material activo negativo de las baterías de plomo-ácido, dando origen a la batería de plomo-carbono, una versión mejorada de las baterías de plomo-ácido.

Las baterías de plomo-carbono son un tipo avanzado de baterías de plomo-ácido reguladas por válvula que utilizan un cátodo de carbono y un ánodo de plomo. El carbono del cátodo de carbono actúa como un condensador o supercondensador, lo que permite una carga y descarga rápidas, además de prolongar la vida útil de la batería en la etapa inicial de carga.

¿Por qué el mercado necesita baterías de plomo-carbono????

• * Modos de falla de las baterías de plomo-ácido VRLA de placa plana en caso de ciclos intensivos

Los modos de fallo más comunes son:

Reblandecimiento o desprendimiento del material activo. Durante la descarga, el óxido de plomo (PbO₂) de la placa positiva se transforma en sulfato de plomo (PbSO₄) y, durante la carga, vuelve a ser óxido de plomo. El ciclo frecuente reducirá la cohesión del material de la placa positiva debido al mayor volumen de sulfato de plomo en comparación con el óxido de plomo.

Corrosión de la rejilla de la placa positiva. Esta reacción de corrosión se acelera al final del proceso de carga debido a la presencia, necesaria, de ácido sulfúrico.

Sulfatación del material activo de la placa negativa. Durante la descarga, el plomo (Pb) de la placa negativa también se transforma en sulfato de plomo (PbSO₄). Al permanecer con baja carga, los cristales de sulfato de plomo en la placa negativa crecen y se endurecen, formando una capa impenetrable que no puede reconvertirse en material activo. Como resultado, la capacidad disminuye, hasta que la batería se vuelve inservible.

• * Se necesita tiempo para recargar una batería de plomo-ácido.

Idealmente, una batería de plomo-ácido debería cargarse a una velocidad no superior a 0,2 °C, y la fase de carga inicial debería consistir en ocho horas de carga de absorción. Aumentar la corriente y el voltaje de carga acortará el tiempo de recarga, a costa de una menor vida útil debido al aumento de temperatura y una corrosión más rápida de la placa positiva debido al mayor voltaje de carga.

• * Plomo-carbono: mejor rendimiento del estado de carga parcial, más ciclos de vida útil prolongada y mayor eficiencia de ciclo profundo.

Reemplazar el material activo de la placa negativa por un compuesto de plomo y carbono reduce potencialmente la sulfatación y mejora la aceptación de carga de la placa negativa.

Tecnología de baterías de plomo y carbono

La mayoría de las baterías utilizadas ofrecen una carga rápida en una hora o más. Mientras están cargadas, pueden seguir ofreciendo energía de salida, lo que las mantiene operativas incluso con carga, aumentando así su uso. Sin embargo, el problema de las baterías de plomo-ácido era que tardaban muy poco en descargarse y mucho en volver a cargarse.

La razón por la que las baterías de plomo-ácido tardaban tanto en recuperar su carga original se debía a los restos de sulfato de plomo que se precipitaban en los electrodos y otros componentes internos de la batería. Esto requería una ecualización intermitente del sulfato de los electrodos y otros componentes de la batería. Esta precipitación de sulfato de plomo ocurre con cada ciclo de carga y descarga, y el exceso de electrones debido a esta precipitación provoca la producción de hidrógeno, lo que resulta en pérdida de agua. Este problema se agrava con el tiempo y los restos de sulfato comienzan a formar cristales que afectan la capacidad de aceptación de carga del electrodo.

El electrodo positivo de la misma batería produce buenos resultados a pesar de tener los mismos precipitados de sulfato de plomo, lo que indica claramente que el problema reside en el electrodo negativo. Para solucionar este problema, científicos y fabricantes lo han solucionado añadiendo carbono al electrodo negativo (cátodo) de la batería. La adición de carbono mejora la aceptación de carga de la batería, eliminando la carga parcial y el envejecimiento de la batería debido a los restos de sulfato de plomo. Al añadir carbono, la batería comienza a comportarse como un supercondensador, ofreciendo sus propiedades para un mejor rendimiento.

Las baterías de plomo-carbono son el sustituto perfecto para aplicaciones que requieren baterías de plomo-ácido, como las de arranque y parada frecuentes y los sistemas microhíbridos/suaves. Si bien pueden ser más pesadas que otros tipos de baterías, son rentables, resistentes a temperaturas extremas y no requieren refrigeración adicional. A diferencia de las baterías de plomo-carbono tradicionales, estas baterías de plomo-carbono funcionan perfectamente entre el 30 % y el 70 % de su capacidad de carga, sin riesgo de precipitación de sulfatos. Si bien han superado a las baterías de plomo-carbono en la mayoría de las funciones, sufren una caída de tensión al descargarse, al igual que un supercondensador.

Construcción paraCSPowerBatería de plomo-carbono de ciclo profundo de carga rápida

Características de la batería de plomo-carbono de ciclo profundo de carga rápida

• l Combina las características de la batería de plomo-ácido y el supercondensador.
• l Diseño de servicio de ciclo de vida largo, excelente PSoC y rendimiento cíclico
• l Alta potencia, carga y descarga rápida.
• l Diseño único de rejilla y pegado de plomo
• l Tolerancia a temperaturas extremas
• l Capaz de operar a -30°C - 60°C
• l Capacidad de recuperación de descarga profunda

Ventajas de la batería de plomo-carbono de ciclo profundo de carga rápida

Cada batería tiene su uso designado dependiendo de sus aplicaciones y no puede calificarse como buena o mala de forma general.

Una batería de plomo-carbono puede no ser la tecnología más reciente, pero ofrece grandes ventajas que ni siquiera las tecnologías más recientes pueden ofrecer. Algunas de estas ventajas se detallan a continuación:

• l Menor sulfatación en caso de funcionamiento con estado de carga parcial.
• l Menor voltaje de carga y, por lo tanto, mayor eficiencia y menor corrosión de la placa positiva.
• l Y el resultado general es una mejora en la vida útil del ciclo.

Las pruebas han demostrado que nuestras baterías de plomo-carbono resisten al menos ochocientos ciclos DoD del 100%.

Las pruebas consisten en una descarga diaria a 10,8V con I = 0,2C₂₀, un reposo de aproximadamente dos horas en estado descargado y luego una recarga con I = 0,2C₂₀.

• l ≥ 1200 ciclos al 90 % DoD (descarga a 10,8 V con I = 0,2 C₂₀, con aproximadamente dos horas de reposo en estado descargado y luego una recarga con I = 0,2 C₂₀)
• l ≥ 2500 ciclos al 60 % DoD (descarga durante tres horas con I = 0,2C₂₀, inmediatamente por recarga a I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 3700 ciclos @ 40% DoD (descarga durante dos horas con I = 0,2C₂₀, inmediatamente por recarga a I = 0,2C₂₀)
• El daño térmico es mínimo en las baterías de plomo-carbono gracias a sus propiedades de carga y descarga. Las celdas individuales están exentas de riesgos de quemaduras, explosión o sobrecalentamiento.
• Las baterías de plomo-carbono son ideales para sistemas conectados y aislados de la red eléctrica. Esta cualidad las convierte en una excelente opción para sistemas de energía solar, ya que ofrecen una alta capacidad de corriente de descarga.

Baterías de plomo-carbonoVSBatería de plomo-ácido sellada, baterías de gel

• Las baterías de plomo-carbono funcionan mejor en estados de carga parcial (PSOC). Las baterías de plomo-carbono comunes funcionan mejor y duran más si siguen un régimen estricto de "carga completa"-"descarga completa"-"carga completa"; no responden bien a cargas intermedias. Las baterías de plomo-carbono funcionan mejor en las regiones de carga más ambiguas.
• Las baterías de plomo-carbono utilizan electrodos negativos de supercondensador. Las baterías de carbono utilizan un electrodo positivo de plomo estándar y un electrodo negativo de supercondensador. Este electrodo de supercondensador es clave para la longevidad de las baterías de carbono. Un electrodo de plomo estándar experimenta una reacción química con el tiempo durante la carga y la descarga. El electrodo negativo de supercondensador reduce la corrosión en el electrodo positivo, lo que prolonga su vida útil y, por lo tanto, la durabilidad de las baterías.
• Las baterías de plomo-carbono tienen velocidades de carga/descarga más rápidas. Las baterías de plomo estándar tienen velocidades de carga/descarga de entre el 5 % y el 20 % de su capacidad nominal, lo que significa que se pueden cargar o descargar entre 5 y 20 horas sin causar daños a largo plazo. Las baterías de plomo-carbono tienen una velocidad de carga/descarga teóricamente ilimitada.
• Las baterías de plomo-carbono no requieren mantenimiento. Están completamente selladas y no requieren mantenimiento activo.
• Las baterías de plomo-carbono son competitivas en costo con las baterías de gel. Las baterías de gel son ligeramente más económicas al principio, pero las de carbono son solo un poco más caras. La diferencia de precio actual entre las baterías de gel y las de carbono es de aproximadamente un 10-11 %. Si se tiene en cuenta que el carbono dura aproximadamente un 30 % más, se entiende por qué es una opción con mejor relación calidad-precio.