Placas tubulares

Placas tubulares

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Placas tubulares: batería tubular alta vs batería de placa plana

1. Tipos de placas de batería de plomo ácido

Introducción a las baterías

Hay varios tipos de fuentes de energía electroquímica (también conocidas como células galvánicas, células voltaicas o baterías). Una batería se define como un dispositivo electroquímico que convierte la energía química en energía eléctrica y viceversa. El tema de la batería está bajo electroquímica, que se define simplemente como el sujeto que se ocupa de la interconversión de la energía química y la energía eléctrica. En este artículo vamos a discutir más en detalle sobre las placas tubulares.

Estas células producen energía eléctrica por reacciones espontáneas de reducción de oxidación (reacciones redox) que involucran a los productos químicos en los electrodos positivos, negativos y electrolitos, que ocurren en cada electrodo, llamado media célula. La energía química de los materiales activos se convierte en energía eléctrica. Los electrones producidos en la reacción de reducción pasan a través del circuito externo que conecta las dos medias células, produciendo así una corriente eléctrica. La reacción de oxidación se produce liberando los electrones del material de ánodo (principalmente metales) y la reacción de reducción se produce cuando los electrones llegan al cátodo (principalmente óxidos, cloruros, oxígeno, etc.) a través del circuito externo. El circuito se completa a través del electrolito.

Sistema de baterías de plomo-ácido:

Cuando el circuito externo está cerrado, los electrones comienzan a viajar desde el polo negativo como resultado de la reacción que convierte (electroquímicamente oxida) el plomo (Pb) a iones de plomo divalentes (Pb2+). (Estos últimos iones reaccionan con moléculas de sulfato para formar sulfato de plomo (PbSO4) dentro de la célula). Estos electrones viajan a través del circuito externo y llegan a la placa positiva donde convierten el dióxido de plomo en sulfato de plomo, es decir, el dióxido de plomo se reduce electroquímicamente al sulfato de plomo como resultado de que los iones Pb4+ se convierten en iones Pb2+ en PbSO4.

La reacción general de la célula se escribe como:

PbO2 + Pb + 2PbSO4 Carga ↔ Descarga 2PbSO4 + 2H2O

Podemos ver que la valencia del plomo (Pb)aumenta a Pb2+,

,

liberando 2 electrones durante la descarga. Este aumento en la valencia se denomina oxidación en terminología electroquímica.

En la otra dirección, la valencia del plomo en el dióxido de plomo (Pb tiene 4 valencies en dióxido de plomo) se reduce a 2+

absorbiendo los dos electrones provenientes de la reacción de oxidación. Esta disminución en la valencia se denomina reducción en términos electroquímicos.

Estos términos también pueden ser descritos por los cambios en los potenciales de electrodos individuales de la célula durante la descarga. El potencial (voltaje) del electrodo de plomo (ánodo durante la descarga) aumenta al pasar a valores más positivos durante una descarga. Este aumento en el valor potencial se denomina oxidación. Por lo tanto, el potencial negativo de la placa de plomo en la célula de plomo-ácido cambia de aproximadamente -0.35 a aproximadamente -0.20 voltios. Esto es un aumento en el potencial. Por lo tanto, esta reacción se denomina naturaleza anódica.

Por el contrario, el potencial del electrodo de dióxido de plomo (cátodo durante la descarga) disminuye moviéndose hacia el lado negativo, es decir, el valor se vuelve más bajo y más bajo a medida que avanza la descarga. El potencial positivo de la placa de dióxido de plomo en la célula de plomo-ácido cambia de aproximadamente 1.69 a aproximadamente 1.5 voltios. Esto es una disminución en el potencial. Por lo tanto, esta reacción se denomina naturaleza catódica y decimos que la reducción se produce en una placa positiva durante la descarga.

Estas reducciones en los voltajes de trabajo durante la descarga se producen debido a lo que se llama polarización, causada por una combinación de sobretensión, , y resistencia interna, que se produce en ambos electrodos. Dicho de forma sencilla, la sobretensión es la diferencia en el OCV y los voltajes de funcionamiento.

Por lo tanto, durante la descarga, Edisch – EOCV – –SO – -NEG – IR.

Sin embargo, para la reacción de carga ECh – EOCV + »TROS + ‘NEG + IR’.

IR se refiere a la resistencia interna ofrecida por materiales dentro de la célula como electrolito, material activo, etc. El IR depende del diseño de la celda, a saber, el separador utilizado, el paso entre las placas, los parámetros internos del material activo (tamaño de partícula, superficie, porosidad, etc), la temperatura y la cantidad de PbSO4 en el material activo. Se puede presentar como la suma de varias resistencias ofrecidas por el cable superior, la capa de masa activa y corrosión, electrolito, separador y polarización de los materiales activos.

Los tres primeros factores se ven afectados por el diseño de la celda. No se puede hacer ninguna declaración general sobre los valores de polarización, pero por lo general está en la misma magnitud que la resistencia inicial ofrecida por el cable superior. Las placas más largas tienen más IR. Se puede determinar a partir de la pendiente de la parte inicial de la curva de descarga. Para el mismo diseño, una célula de mayor capacidad tendrá una menor resistencia interna. La resistencia interna de un VRLAB de 12V/28Ah es de 6 m, mientras que la de una batería de menor capacidad (12V / 7Ah) es de 20 a 23 m.

En valores muy bajos, la relación entre yo y la actual, yo, toma la forma de la ley de Ohm y las ecuaciones antes mencionadas se simplifican como

Edisch = EOCV – IR.
ECh – EOCV + IR.

La discusión anterior trata de la reacción de descarga de una célula de plomo-ácido.
Los fenómenos opuestos ocurren durante la reacción de carga de la célula de plomo-ácido.

En el caso de las baterías primarias, el electrodo positivo generalmente se llama cátodo mientras que el electrodo negativo se llama ánodo, y esto es inequívoco ya que sólo se produce la descarga.

Por lo tanto, el electrodo de plomo que actuaba como un ánodo se comporta como un cátodo durante la reacción de carga y el electrodo de dióxido de plomo que actuaba como un cátodo ahora se comporta como un ánodo. Para evitar ambiguedades, utilizamos simplemente electrodos o placas positivos y negativos en las células secundarias.
Para ilustrar cómo funciona esto en la práctica, la siguiente figura muestra algunas curvas hipotéticas para la descarga y carga de una batería de plomo-ácido.

Se ve claramente que el voltaje de descarga práctico se encuentra por debajo de la tensión de circuito abierto de 2.05V, y la tensión de carga práctica se encuentra por encima de este valor. La desviación de la es una medida de la influencia combinada de la resistencia interna de la célula y las pérdidas de polarización. Cada vez que se eleva la corriente de descarga o carga, el valor de – se hace mayor, de acuerdo con las ecuaciones dadas anteriormente.

Cambios de placa tubular en voltaje
Fig 1. Cambios en el voltaje de una célula de plomo-ácido y reacciones Redox de placas positivas y negativas
Placa tubular
Fig 2. Los cambios en el voltaje de las placas y la célula durante el ejemplo de descarga de carga tomado es célula de plomo

Para resumir las reacciones:
Plomo, el material activo negativo:
Durante la descarga: Pb2+ + 2e-
Durante la carga: Pb2+ – Pb (es decir, PbSO4 – Pb)

Dióxido de plomo, el material activo positivo:
Durante la descarga: Pb4+ – Pb2+ (PbO2 – PbSO4)
Durante el cargo: Pb2+ – PbO2 (es decir, PbSO4 – PbO2)

Dado que ambos materiales del electrodo se convierten en sulfato de plomo, esta reacción recibió el nombre de «teoría de sulfato doble» por Gladstone y Tribe en 1882.

Clasificación de baterías

Dependiendo de la naturaleza de las reacciones electroquímicas que ocurren en estas células, se pueden clasificar en

  • Baterías primarias
  • Secundario (o batería de almacenamiento o acumulador)
  • Células de combustible

Al principio, es mejor entender las diferencias entre estos tipos. En la batería primaria, la reacción electroquímica es irreversible, mientras que, las células secundarias son conocidas por su reversibilidad de reacción. La pila de combustible también es una célula primaria, pero la diferencia entre la pila de combustible y una célula primaria es que los reactivos se mantienen fuera del contenedor de la célula, mientras que en una célula primaria los reactivos están allí dentro de la célula.

  • En las células primarias (por ejemplo, células de óxido de plata-zinc utilizadas en relojes de pulsera, células MnO2- Zn utilizadas para antorchas flash y mandos a distancia para unidades de CA, televisores, etc.) caen en esta categoría, En estas células, las reacciones pueden proceder sólo en una dirección y no podemos revertir la reacción pasando electricidad en la dirección opuesta.
  • Por el contrario, las llamadas secundarias son conocidas por su reversibilidad de las reacciones productoras de energía. Después de la descarga, si pasamos la corriente directa en la dirección opuesta, los reactivos originales se regeneran a partir de los productos de reacción. Ejemplos para este tipo de batería son batería de plomo-ácido, batería de iones de litio, batería Ni-Cd (en realidad batería NiOOH-Cd), batería Ni-Fe, batería Ni-MH, por mencionar las baterías secundarias más comunes.
  • Para elaborar el concepto de reversibilidad, el dióxido de plomo (PbO2) en el electrodo positivo (comúnmente llamado «placas») y el plomo (Pb) en la placa negativa de una célula de plomo-ácido, se convierten en sulfato de plomo (PbSO4) cuando ambos materiales reaccionan con el electrolito, ácido sulfúrico diluido, durante la reacción de producción de energía. Esto está representado por electroquímicos de la siguiente manera:
  • PbO2 + Pb + 2PbSO4 Carga ↔ Descarga 2PbSO4 + 2H2O
  • Una pila de combustible también es una célula primaria, pero sus reactivos se alimentan desde el exterior. El electrodo de la pila de combustible es inerte en que no se consumen durante la reacción celular, sino que simplemente ayudan en la conducción electrónica y tienen efectos electrocatalíticos. Estas últimas propiedades permiten la electro-reducción o electrooxidación de los reactivos (los materiales activos).
  • Los materiales activos de ánodo utilizados en las pilas de combustible son generalmente gaseosos o combustibles líquidos como hidrógeno, metanol, hidrocarburos, gas natural (los materiales que son ricos en hidrógeno se llaman combustibles) que se alimentan en el lado del ánodo de la pila de combustible. Como estos materiales son como los combustibles convencionales utilizados en los motores de calor, el término »célula de combustible» se ha establecido para describir este tipo de células. El oxígeno, en su mayoría a menudo aire, es el oxidante predominante y se alimenta en el cátodo.

Células de combustible

  • Por teoría, una sola pila de combustible H2/O2 podría producir 1,23 V en condiciones ambientales.

    La reacción es: H2 + 1/2 O2 – H2O o 2H2 + O2 a 2H2O E a 1,23 V

    Prácticamente, sin embargo, las pilas de combustible producen salidas de voltaje útiles que están muy alejadas de la tensión teórica de 1.23 V y, como resultado, las pilas de combustible generalmente operan entre 0.5 y 0.9 V. Las pérdidas o reducciones de tensión del valor teórico se denominan »polarización», cuyo término y fenómeno es aplicable a todas las baterías en diferentes grados.

Batería de plomo ácido

En la producción de batería de plomo-ácido, se emplea una variedad de electrodos positivos (o como comúnmente se llama, «placas») :
Son:

Un. Placa plana o placa de rejilla o placa pegada o de tipo celosía o placa Fauré (1,3 a 4,0 mm de espesor)
B. Placas tubulares (diámetro interior de 4,9 a 7,5 mm)
C. Placas Planté (6 a 10 mm)
D. Placas cónicas
e. Placas de rodillo de jalea (0,6 a 0,9 mm)
F. Placas bipolares

  • De estos el primer tipo de placa plana mencionado es el más utilizado; aunque puede suministrar corrientes pesadas durante una corta duración (por ejemplo, iniciar un automóvil o un conjunto DG), tiene una vida más corta. Aquí, un tipo de celosía de colector de corriente rectangular se llena con una pasta hecha de una mezcla de óxido de plomo, agua y ácido sulfúrico, cuidadosamente secado y formado. Tanto las placas positivas como las negativas se hacen de la misma manera, excepto por la diferencia en aditivos. Al ser delgadas, las baterías hechas de tales placas pueden suministrar corrientes muy altas necesarias para arrancar un automóvil. La esperanza de vida es de 4 a 5 años en una aplicación de este tipo. Antes de la llegada de la disposición del alternador-rectificador, la vida era más corta.
  • Placas tubulares: El siguiente tipo de placa ampliamente utilizado es la placa tubular que tiene una vida útil más larga, pero no puede suministrar una ráfaga de corriente como en el tipo de placa plana de baterías. Discutimos las placas tubulares en detalle a continuación.
  • Para una larga vida útil con el requisito de fiabilidad más estricto en lugares como centrales eléctricas e intercambios telefónicos, el tipo de célula de plomo-ácido preferida es el tipo Planté. El material de partida para la placa tubular es de aproximadamente 6-10 mm de espesor de fundición de láminas de plomo de alta pureza con numerosas laminaciones verticales delgadas. La superficie básica de la placa tubular se ve enormemente reforzada por la construcción lamelar, lo que resulta en una superficie efectiva que es 12 veces la de su área geométrica.
  • La placa cónica es rejillas de plomo puro de forma circular de tipo celosía (recortadas en un ángulo de 10o), placas apiladas horizontalmente una encima de la otra y hechas de plomo puro. Esto fue desarrollado por Bell Telephone Laboratories, EE.UU.
  • Las placas de rodillos de jalea son placas de rejilla continuas delgadas hechas de una aleación de estaño de bajo plomo de 0,6 a 0,9 mm de espesor, lo que facilita altas tasas. Las placas se pegan con óxidos de plomo, separados por una estera de vidrio absorbente, y se enrollan en espiral para formar el elemento celular básico.
  • Placas bipolares: Estas placas tienen una lámina conductora central hecha de metal o polímero conductor y con material activo positivo en un lado y material negativo en el otro lado. Tales placas se apilan de tal manera que los materiales activos de polaridad opuesta se enfrentan entre sí con un separador entre ellas., para obtener la tensión requerida.
  • Aquí se elimina la conexión entre células separada, reduciendo así la resistencia interna. Se puede notar que las placas extremas en una batería bipolar son siempre del tipo monopolar, ya sea positiva o negativa

2. Diferencias en el rendimiento de varios tipos de placas

Las baterías de placa plana están diseñadas para una descarga de alta corriente y corta duración como en las baterías de arranque del conjunto de automóviles y DG. Suelen tener una vida útil de 4 a 5 años y el final de la vida se debe principalmente a la corrosión de las rejillas positivas, lo que resulta en la pérdida de contacto entre la rejilla y los materiales activos y el posterior desprendimiento.

Las placas tubulares son robustas y por lo tanto tienen una vida útil de unos 10 a 15 años en funcionamiento de flotador. También son adecuados para el deber cíclico y ofrecen la vida de ciclo más alta. El material activo está contenido en el espacio anular entre la columna vertebral y el soporte de óxido. Esto restringe la tensión debido a los cambios de volumen que se producen cuando las células son ciclos.

El final de la vida útil se debe de nuevo a la corrosión de las espinas y la pérdida de contacto entre las espinas y el material activo. Sin embargo, el área de contacto entre la columna vertebral y la masa activa se reduce en una construcción de este tipo y por lo tanto bajo drenajes de corriente pesada, la mayor densidad de corriente resulta en calentamiento local que conduce a la ruptura de tubos y grietas en la capa de corrosión.

Las células de placa Planté tienen la vida útil más larga, pero la capacidad es pobre en comparación con otros tipos. Pero estas células ofrecen la mayor confiabilidad y la vida útil de flotadores más largas. Su costo también es mayor, pero si se estima a lo largo de la vida útil es realmente más bajo en comparación con otras células de tipo estacionario. La razón de una vida más larga es que la superficie de la placa positiva se regenera continuamente sin prácticamente ninguna pérdida de capacidad a lo largo de su vida útil.
Las células de placa cónicas están especialmente diseñadas por Lucent Technologies (anteriormente AT&T Bell Laboratories) para una vida muy larga de más de 30 años. Los datos recientes de corrosión de 23 años proyectan una vida útil de 68 a 69 años para este tipo de baterías.

El diseño del rollo de gelatina se presta a la producción en masa debido a las excelentes características mecánicas y eléctricas. La construcción de rodillos de jalea (electrodos de cuerda espiral) en un recipiente cilíndrico puede mantener presiones internas más altas sin deformación y puede diseñarse para tener una presión de liberación más alta
que las células prismáticas. Esto se debe a un recipiente de metal exterior utilizado para prevenir la deformación de las cajas de plástico a temperaturas más altas y presiones de celda internas. El rango de presiones de ventilación puede ser tan alto como 170 kPa a 275 kPa (25 a 40 psi » 1.7 a 2.75 bar) para una célula de metal-envizado, enrollada en espiral de 7 kPa a 14 kPa (1 a 2 psi » 0.07 a 0.14 bar ) para una batería grande.

Baterías de placa bipolar
En el diseño de una placa bipolar, hay un material de conducción electrónica central (ya sea una hoja de metal o una lámina de polímero conductor) en un lado de la cual es el material activo positivo y el otro, un material activo negativo. Aquí se elimina la conexión entre células separada, reduciendo así la resistencia interna. Cabe señalar que las placas extremas en las células finales bipolares son siempre del tipo monopolar, ya sea positiva o negativa.

Estas baterías tienen

  1. Mayor energía específica y mayor densidad de energía (es decir, 40% menos volumen o 60% el tamaño de una batería regular de plomo-ácido, 30% menos peso o 70% la masa de baterías regulares de plomo-ácido.
  2. Duplicar la vida útil del ciclo
  3. Se necesita la mitad de plomo y otros materiales también se reducen.

3. Aplicaciones de baterías de placas tubulares

Las baterías de placa tubular se utilizan principalmente cuando hay un requisito de una larga vida útil con mayor capacidad. Se utilizan principalmente en aplicaciones de espera en intercambios telefónicos y grandes fábricas para camiones de manipulación de materiales, tractores, vehículos mineros y, en cierta medida, carritos de golf.

Hoy en día, estas baterías se encuentran omnipresentemente en todos los hogares para aplicaciones de inversor-UPS.

Las placas de tipo extra alto (tan altas como 1 metro o más) se emplean en baterías submarinas para proporcionar energía cuando el submarino está sumergido. Proporciona energía silenciosa. Las capacidades varían de 5.000 a 22.000 Ah. Las células submarinas tienen bombas de aire insertadas en ellas para anular la estratificación ácida del electrolito para células de 1 a 1,4 m de altura.

Las baterías de plomo-ácido reguladas por válvulas de placa tubular de electrolitos gelizados se utilizan ampliamente en sistemas de energía no renovables como aplicaciones solares.

Las baterías EV de placa tubular delgada para furgonetas y autobuses encuentran aplicaciones en el campo EV y son capaces de entregar 800 a 1500 ciclos dependiendo del grosor de la columna vertebral y la energía específica.

La siguiente tabla ilustra la relación entre el grosor de la columna vertebral, el paso de la placa, la densidad de electrolitos, la energía específica y el número de ciclos de vida.

Tube Diameter mm --> 7.5 6.1 4.9
Electrolyte Density (Kg/Litre) 1.280 1.300 1.320
Number of spines 19 24 30
Tubular plate pitch 15.9 13.5 11.4
Spine thickness 3.2 2.3 1.85
Specific energy (Wh per kg) at 5 hour rate 28 36 40
Cycle life 1500 1000 800

Referencia: K. D. Merz, J. Fuentes de energía, 73 (1998) 146-151.

4. Fabricación de bolsas tubulares, placas tubulares y baterías de placas tubulares:

Bolsas tubulares

La placa tubular temprana fue construida con anillos individuales por Phillipart y con bolsas tubulares por Woodward fueron reportados en 1890-1900 y el uso de tubos de goma ranurados (Exide Ironclad) fue desarrollado por Smith en 1910.

El montaje de tubos individuales en las espinas se practicó antes y esto fue una operación más lenta que insertar una rejilla completa en un diseño de múltiples tubos. Además, la unión física entre los tubos individuales del tubo múltiple proporciona una mayor rigidez durante el funcionamiento de la unidad de llenado. Se elimina la inclinación de las espinas debido al movimiento lateral. Estas son las razones por las que los fabricantes de baterías prefieren utilizar guanteletes multitubo PT Bags.

Preparación del tubo. Hoy en día, los multitubos o bolsas PT (guanteletes) se producen a partir de vidrio resistentes químicamente o fibras orgánicas (poliéster, polipropileno, copolímeros de acrilonitrilo, etc.) mediante métodos de tejido, trenzado o fieltro.

En los primeros días de los tubos múltiples, se utilizó tela tejida horizontalmente en un hilo del copolímero de cloruro de vinilo y acetato de vinilo. Dos capas de la tela se pasaron a ambos lados de una fila de antiguos cilíndricos (mandril) y la costura entre los antiguos adyacentes fue soldada por calor.

Pero el acetato de vinilo degeneró para liberar ácido acético que, a su vez, resultó en corrosión de la columna vertebral y falla prematura de la batería. Además, el sellado térmico tenía que ser controlado y dimensionado. Si la presión de sellado se superó un límite, las costuras eran débiles y pronto las capas se separaron en servicio. Por el contrario, si la presión de sellado era demasiado pesada, el sellado era bueno, pero la costura real era delgada y pronto se desmoronó en servicio.

Si bien esto no causó un problema grave en el servicio, hubo tendencia a que la costura se separara durante las operaciones iniciales de manipulación y llenado y el centro de la placa tubular tendía a inclinarse, lo que creaba problemas en las siguientes operaciones de la unidad, por ejemplo, a veces había dificultades para insertar la placa en el contenedor de la célula debido a las placas de gran tamaño.

Se intentaron varios métodos para reemplazar el sellado térmico, como la técnica de tejido compuesto en la que los tubos se tejeron en una sola operación con los filamentos entrecruzados entre tubos para formar una costura integral. Los tubos múltiples de módem utilizan sellado térmico o costuras con filamentos de poliéster tejidos en paños o telas de poliéster no tejidas.

La atracción de los paños no tejidos radica en el hecho de que el costo de fabricación es menor debido al menor costo básico del material a través de la eliminación del proceso de tejido. Sin embargo, para alcanzar el mismo orden de resistencia a la ráfaga, el tubo no tejido tiene que ser más grueso que su contraparte tejida. Esto reduce tanto el volumen de trabajo del electrolito (debido al mayor volumen de material de tubo no tejido). El volumen de material activo dentro del tubo también se reduce, lo que, a su vez, reduce marginalmente la capacidad de la célula.

Las placas tubulares excelentes se pueden hacer con tubos individuales o multitubos
el hilo utilizado en la fabricación de los tubos es uno que no se desnaturaliza fácilmente en servicio. Tanto los filamentos de vidrio y poliéster especialmente formulados cumplen con este requisito.

Las baterías de placa tubular son estacionarias en aplicación o en material rodante, generalmente cargadas con flotador a una tensión de 2.2 a 2.30 voltios por célula, dependiendo de la gravedad específica del electrolito. Algunos ejemplos son las baterías comunes del inversor/UPS, las baterías de teléfono y las celdas de iluminación de tren y aire acondicionado (células TL y AC).

Placa tubular

En una placa tubular, una serie de espinas de espesor adecuado fundidas a partir de una aleación de plomo se conecta a una barra de bus superior, ya sea manualmente o utilizando una máquina de fundición a presión. Las espinas se insertan en bolsas tubulares y el espacio entre las espinas y la bolsa de PT (también llamado soporte de óxido) se llena con óxido seco o pasta tixotrópica húmeda. Las espinas se mantienen en posición central por protuberancia similar a una estrella proporcionada en las espinas. Las bolsas PT están hechas invariablemente de fibras de poliéster tejidas o de fieltro. Las placas tubulares así preparadas son posteriormente encurtidas, curadas/secas y ya sea formadas por tanques o formadas por frascos con densidad de electrolitos adecuada.

El óxido de relleno puede tener cualquier composición: sólo óxido gris, óxido gris y plomo rojo (también llamado «minium») en proporciones variables.

El beneficio de tener plomo rojo en la mezcla positiva es que el tiempo de formación se reduce proporcionalmente al porcentaje de plomo rojo que contiene. Esto se debe a que el plomo rojo ya contiene aproximadamente un tercio de dióxido de plomo, el resto es monóxido de plomo. Es decir, el plomo rojo Pb3O4 a 2PbO + PbO2.

Alternativamente, las placas tubulares llenas se pueden ensamblar directamente, después de eliminar las partículas de óxido suelto que se adhieren a los tubos exteriores, en las células y baterías y formados por frascos.

La placa negativa se hace como de costumbre siguiendo la práctica de fabricación de placas planas. Los expansores son los mismos, pero, la cantidad de «blanc fixe» es más en comparación con una pasta automotriz. Las placas tubulares se curan en hornos de curado durante unos 2 a 3 días, después de pasar a través de un túnel de secado calentado por electricidad o gas para eliminar la humedad superficial, de modo que las placas no se peguen entre sí durante los procesos de manipulación posteriores.

La diferencia en el llenado inicial de la gravedad específica del ácido para las palidezes encurtidas y no seleccionadas surge del hecho de que el primero contiene más ácido y por lo tanto se elige una gravedad específica más baja para las baterías de placa tubular en escacurrada, por lo general unos 20 puntos más bajos. La gravedad específica del acabado del electrolito es de 1,240 a 0,010 a 27oC.
Cuanto mayor sea la gravedad específica del electrolito, más será la capacidad que se pueda obtener de estas baterías, pero la vida útil se verá afectada negativamente.
O bien, las placas tubulares pueden ser formadas por tanques, secas y montadas y cargadas como de costumbre.

5. Diferentes tipos de placa tubular

Proceso de fabricación de placas tubulares
Fig 3. Un diagrama de flujo que representa las operaciones de la unidad
Placa tubular de diferentes formas
Fig 4. tubos también pueden ser ovalados o planos o cuadrados o rectangulares

La mayoría de los fabricantes de baterías emplean tubos cilíndricos para la fabricación de placas tubulares y baterías. Incluso en esto el diámetro de los tubos y en consecuencia, el de las espinas puede variar de unos 8 mm a 4,5 mm.

Sin embargo, los tubos también pueden ser ovalados o planos o tipos cuadrados o rectangulares. La estructura básica es la misma que las placas tubulares cilíndricas precursoras (como se muestra arriba).

7. Ventajas del uso de placas tubulares

Las placas tubulares se destacan mucho por su larga vida debido a la ausencia de desprendimiento de material activo. El material activo es sostenido por la bolsa tubular y por lo tanto una densidad de embalaje más baja se puede utilizar para maximizar el coeficiente de uso. La mayor porosidad resultante también puede ayudar a utilizar material más activo en el proceso de producción de energía. Cuanto más gruesa sea la columna vertebral, más serán los ciclos de vida que se pueden obtener de dichas placas tubulares.

El número de ciclos de vida es entre 1000 a 2000 ciclos dependiendo del espesor de las placas. Cuanto más gruesa sea la placa tubular, más será el número de ciclos que dan. Se dice que las placas tubulares pueden ofrecer el doble del número de ciclos de vida en comparación con una placa plana del mismo espesor.

8. ¿Cómo se mejora la duración de la batería mediante el uso de placas tubulares?

Como se mencionó anteriormente, la vida útil de una batería de placa tubular es mayor que las baterías de placa plana. Las siguientes frases describen las razones de la mayor esperanza de vida de las baterías de placas tubulares. Lo más importante es que el material activo está rígidamente sostenido por los tubos del soporte de óxido, evitando así el desprendimiento del material, que es la razón principal de la falla de las baterías. Además, con el paso del tiempo, las espinas obtienen una cubierta protectora de dióxido de plomo que ayuda a reducir la tasa de corrosión de las espinas. La corrosión es simplemente, la conversión de la columna vertebral de la aleación de plomo en dióxido de plomo.

Las aleaciones termodinámicas de plomo y plomo son inestables bajo un alto potencial anódico de más de 1,7 a 2,0 voltios y bajo la atmósfera corrosiva del ácido sulfúrico tiende a ser corroído y convertido a PbO2.

Cada vez que la célula está en carga a tensiones muy alejadas de la tensión de circuito abierto (OCV) en el lado superior, el oxígeno se desarrolla como resultado de la disociación electrolítica del agua y el oxígeno se evoluciona en la superficie de las placas tubulares positivas y tiene que difundirse a la columna vertebral para corrodularlo. Dado que hay una gruesa capa de material activo positivo (PAM) que rodea las espinas, el oxígeno tiene que viajar desde la superficie a larga distancia y por lo tanto la tasa de corrosión tiende a reducirse. Esto ayuda a prolongar la vida útil de las células de placa tubular.

9. ¿Qué aplicaciones de baterías deben utilizar idealmente placas tubulares de batería?

Las placas tubulares se emplean principalmente para baterías de larga duración de alta capacidad, como en vehículos industriales de transporte interno (carretillas elevadoras, coches eléctricos, etc.). También se utiliza para la aplicación de almacenamiento de energía como el sistema de almacenamiento de energía de la batería (BESS), donde la capacidad de las células puede ser tan alta como 11000 Ah y 200 a 500 kWh y hasta un 20 MWh.

Las aplicaciones típicas para BESS son para afeitado de pico, control de frecuencia, reserva de giro, nivelación de carga, potencia de emergencia, etc.

Hoy en día, todos y cada uno de los hogares en algunos países tienen al menos una batería de placa tubular para aplicaciones de inversor-UPS. Por no hablar de algunos establecimientos comerciales, por ejemplo, centros de navegación, donde se necesita un suministro continuo de energía.

Recientemente, las baterías de plomo-ácido reguladas por válvulas tubulares gelizadas se utilizan ampliamente en sistemas de energía no renovables como las aplicaciones solares. Aquí el tipo gelizado es el más adecuado.

Los vehículos eléctricos que requieren 800 ciclos con 40 Wh/kg de energía específica pueden utilizar mejor las baterías EV tubulares delgadas. El rango de capacidad disponible es de 200Ah a 1000Ah a una velocidad de 5 h.

10. Características técnicas importantes de una batería de placa tubular

La característica técnica más importante de la batería de la placa tubular es su capacidad para retener el material activo a lo largo de su esperanza de vida sin que el proceso de desprendimiento que ocurra en el curso normal y, por lo tanto, sentar las bases para una larga vida útil.

Las baterías que emplean estas placas tienen una larga vida de 15-20 años en aplicaciones estacionarias bajo condiciones de carga de flotador, tales como intercambios telefónicos, almacenamiento de energía. Para operaciones cíclicas (como baterías de tracción), las baterías pueden entregar entre 800 y 1500 ciclos dependiendo de la salida de energía por ciclo. Cuanto menor sea la producción de energía por ciclo, mayor será la vida útil.

Las placas tubulares son las más adecuadas para las aplicaciones solares en la versión regulada por válvula de electrolito gelizado sin ningún problema de estratificación en el electrolito. Dado que no requiere cobertura periódica con agua aprobada y como no hay gases desagradables que emanan de estas células, son eminentemente adecuados para aplicaciones solares.

11. Conclusión

De las fuentes de energía electroquímicas utilizadas hoy en día, la batería de plomo-ácido supera en número a todos los demás sistemas considerados individualmente. En la batería de plomo-ácido, las baterías automotrices ubicuamente presentes lideran el equipo. Luego viene la batería industrial de la placa tubular. Las baterías automotrices tienen capacidades en el rango de 33 Ah a 180 Ah, todas en contenedores monoblocs, pero el otro tipo tiene una capacidad de 45 Ah a miles de Ah.

Las baterías de placas tubulares de pequeña capacidad (hasta 200 Ah) se ensamblan en monoblocs y células de gran capacidad de 2v en contenedores individuales y se conectan en arreglos en serie y paralelos. Las baterías de placas tubulares de gran capacidad se utilizan como fuentes de energía estacionarias en el intercambio telefónico, los establecimientos de almacenamiento de energía, etc. Las baterías de tracción tienen varias aplicaciones como camiones de manipulación de materiales, montacargas, carros de golf, etc.

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