Tecnología y ventajas de las baterías de plomo-carbono de CSPower

Batería de plomo-carbono CSPower: tecnología y ventajas

Con el progreso de la sociedad, las necesidades de almacenamiento de energía en baterías para diversos usos sociales siguen aumentando. En las últimas décadas, muchas tecnologías de baterías han experimentado grandes avances, y el desarrollo de las baterías de plomo-ácido también ha presentado numerosas oportunidades y desafíos. En este contexto, científicos e ingenieros colaboraron para incorporar 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 una versión avanzada de las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula que utilizan un cátodo de carbono y un ánodo de plomo. El carbono del cátodo actúa como un condensador o supercondensador, lo que permite una carga y descarga rápidas, además de una mayor vida útil durante la fase inicial de carga.

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

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

Los modos de fallo más comunes son:

– Ablandamiento 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 vuelve a convertirse en óxido de plomo durante la carga. Los ciclos frecuentes reducen 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 necesaria presencia de ácido sulfúrico.

– Sulfatación del material activo de la placa negativa. Durante la descarga, el plomo (Pb) de la placa negativa se transforma en sulfato de plomo (PbSO4). Al permanecer con un bajo nivel de carga, los cristales de sulfato de plomo en la placa negativa crecen, se endurecen y forman una capa impenetrable que no puede reconvertirse en material activo. Esto provoca una disminución de la capacidad, hasta que la batería queda inservible.

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

Idealmente, una batería de plomo-ácido debe cargarse a una velocidad que no supere los 0,2C, y la fase de carga principal debe completarse con ocho horas de carga de absorción. Aumentar la corriente y el voltaje de carga acortará el tiempo de recarga, pero a costa de una menor vida útil debido al aumento de temperatura y a una corrosión más rápida de la placa positiva por el mayor voltaje de carga.

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

La sustitución del material activo de la placa negativa por un compuesto de plomo y carbono puede reducir la sulfatación y mejorar la capacidad de aceptación de carga de la placa negativa.

Tecnología de baterías de plomo-carbono

La mayoría de las baterías que se utilizan ofrecen carga rápida en una hora o más. Mientras están cargadas, pueden seguir proporcionando energía, lo que les permite seguir funcionando incluso con poca carga, aumentando así su vida útil. Sin embargo, el problema que surgió con las baterías de plomo-ácido fue que se descargaban muy rápidamente y tardaban mucho tiempo en recargarse.

La razón por la que las baterías de plomo-ácido tardaban tanto en recuperar su carga original era la presencia de sulfato de plomo precipitado en los electrodos y otros componentes internos. Esto requería una ecualización intermitente del sulfato. Esta precipitación de sulfato de plomo se produce con cada ciclo de carga y descarga, y el exceso de electrones resultante genera hidrógeno, lo que provoca la pérdida de agua. Este problema se agrava con el tiempo, y los residuos de sulfato comienzan a cristalizar, lo que perjudica la capacidad de carga del electrodo.

El electrodo positivo de la misma batería ofrece buenos resultados a pesar de presentar precipitados de sulfato de plomo, lo que indica que el problema reside en el electrodo negativo. Para solucionar este inconveniente, científicos y fabricantes han añadido carbono al electrodo negativo (cátodo). Esta adición mejora la capacidad de carga de la batería, eliminando la carga parcial y el envejecimiento prematuro causados ​​por los residuos de sulfato de plomo. Al añadir carbono, la batería comienza a comportarse como un supercondensador, optimizando su rendimiento.

Las baterías de plomo-carbono son un reemplazo perfecto para aplicaciones que utilizan baterías de plomo-ácido, como en sistemas de arranque y parada frecuentes y sistemas micro/híbridos ligeros. Si bien pueden ser más pesadas que otros tipos de baterías, son rentables, resistentes a temperaturas extremas y no requieren sistemas de refrigeración. A diferencia de las baterías de plomo-ácido tradicionales, las de plomo-carbono funcionan perfectamente entre el 30 y el 70 % de su capacidad de carga sin riesgo de precipitación de sulfatos. En la mayoría de las funciones, las baterías de plomo-carbono superan a las de plomo-ácido, pero sufren una caída de voltaje durante la descarga, al igual que los supercondensadores.

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 Combinar las características de una batería de plomo-ácido y un supercondensador
• l Diseño de servicio de ciclo de vida largo, excelente PSoC y rendimiento cíclico
• l Alta potencia, carga y descarga rápidas
• Diseño único de cuadrícula y pegado de plomo.
• Tolerancia a temperaturas extremas
• l Capaz de funcionar 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 un uso específico según sus aplicaciones y no se puede calificar de buena o mala en términos generales.

Si bien las baterías de plomo-carbono no representan la tecnología más reciente, ofrecen grandes ventajas que ni siquiera las tecnologías más actuales pueden igualar. A continuación, se detallan algunas de estas ventajas:

• 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.
• Y el resultado general es una mayor vida útil del ciclo.

Las pruebas han demostrado que nuestras baterías de plomo-carbono soportan al menos ochocientos ciclos de descarga al 100%.

Las pruebas consisten en una descarga diaria 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 ≥ 1200 ciclos a 90 % DoD (descarga a 10,8 V con I = 0,2 C₂₀, con aproximadamente dos horas de reposo en estado descargado y, a continuación, una recarga con I = 0,2 C₂₀)
• l ≥ 2500 ciclos a 60% DoD (descarga durante tres horas con I = 0,2C₂₀, inmediatamente mediante recarga a I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 3700 ciclos a 40% DoD (descarga durante dos horas con I = 0,2C₂₀, inmediatamente mediante recarga a I = 0,2C₂₀)
• El efecto del daño térmico es mínimo en las baterías de plomo-carbono debido a sus propiedades de carga y descarga. Las celdas individuales están lejos de los riesgos de quemarse, explotar o sobrecalentarse.
• Las baterías de plomo-carbono son ideales para sistemas conectados a la red y sistemas aislados. Esta cualidad las convierte en una buena opción para sistemas de energía solar, ya que ofrecen una alta capacidad de descarga de corriente.

baterías de plomo-carbonoVSBaterías selladas de plomo-ácido, baterías de gel

• Las baterías de plomo-carbono funcionan mejor en estados de carga parcial (PSOC). Las baterías de plomo convencionales rinden mejor y duran más si siguen un régimen estricto de "carga completa - descarga completa - carga completa"; no responden bien a la carga en estados intermedios. Las baterías de plomo-carbono funcionan mejor en rangos de carga más flexibles.
• Las baterías de plomo-carbono utilizan electrodos negativos de supercondensador. Estas baterías emplean un electrodo positivo estándar de plomo y un electrodo negativo de supercondensador. Este electrodo de supercondensador es clave para la durabilidad de las baterías de carbono. Un electrodo estándar de plomo sufre una reacción química con el tiempo debido a los ciclos de carga y descarga. El electrodo negativo de supercondensador reduce la corrosión del electrodo positivo, lo que prolonga la vida útil del electrodo y, por consiguiente, la duración de la batería.
• Las baterías de plomo-carbono tienen tasas de carga/descarga más rápidas. Las baterías de plomo estándar tienen tasas 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 tasa de carga/descarga teóricamente ilimitada.
• Las baterías de plomo-carbono no requieren mantenimiento. Están completamente selladas y no necesitan mantenimiento activo.
• Las baterías de plomo-carbono son competitivas en precio con las baterías de gel. Si bien las de gel siguen siendo ligeramente más económicas, 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 además se tiene en cuenta que las de carbono duran aproximadamente un 30% más, se entiende por qué representan una mejor opción en relación calidad-precio.