Bateria de placa tubular
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Placas tubulares: bateria tubular alta vs bateria de placa plana

1. O que é a bateria de placa tubular

Introdução às baterias

Existem vários tipos de fontes de energia eletroquímicas (também conhecidas como células galvânicas, células voltaicas ou baterias). Uma bateria é definida como um dispositivo eletroquímico que converte energia química em energia elétrica e vice-versa. O tema da bateria é o da electroquímica, que é simplesmente definido como o tema que trata da interconversão da energia química e da energia eléctrica. Neste artigo vamos discutir mais detalhadamente sobre placas tubulares e placas semi tubulares.

Estas células produzem energia eléctrica através de reacções de oxidação-redução espontânea (reacções redox) envolvendo os químicos nos eléctrodos positivo, negativo e electrólito, que ocorrem em cada eléctrodo, chamado meia célula. A energia química nos materiais activos convertida em energia eléctrica. Os electrões produzidos na reacção de redução passam através do circuito externo que liga as duas meias-células, produzindo assim uma corrente eléctrica. A reação de oxidação ocorre pela liberação dos elétrons do material do ânodo (principalmente metais) e a reação de redução ocorre quando os elétrons atingem o cátodo (principalmente óxidos, cloretos, oxigênio, etc.) através do circuito externo. O circuito é completado através do electrólito.

Sistema de baterias de chumbo-ácido:

Quando o circuito externo é fechado, os elétrons começam a viajar do pólo negativo como resultado da reação que converte (oxida eletroquimicamente) o chumbo (Pb) em íons de chumbo divalentes (Pb2+). (Estes últimos iões reagem com moléculas de sulfato para formar sulfato de chumbo (PbSO4) dentro da célula). Estes electrões percorrem o circuito externo e chegam à placa positiva onde convertem o dióxido de chumbo em sulfato de chumbo, ou seja, o dióxido de chumbo é electroquimicamente reduzido a sulfato de chumbo como resultado de os iões Pb4+ serem convertidos em iões Pb2+ em PbSO4.

Tecnologia de bateria de placas tubulares

A reação geral da célula é escrita como:

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

Podemos ver que a valência do chumbo (Pb°) aumenta para Pb

2+

,
libertando 2 electrões durante a descarga. Este aumento de valência é denominado oxidação em terminologia eletroquímica.

Na outra direção, a valência do chumbo no dióxido de chumbo (Pb tem 4 valências em dióxido de chumbo) é reduzida para 2+

ao absorver os dois electrões provenientes da reacção de oxidação. Esta diminuição da valência é denominada redução em termos electroquímicos.

Estes termos também podem ser descritos pelas mudanças nos potenciais individuais do eletrodo da célula durante a descarga. O potencial (tensão) do eletrodo de chumbo (ânodo durante a descarga) aumenta ao passar para valores mais positivos durante uma descarga. Este aumento no valor potencial é chamado de oxidação. Assim, o potencial negativo da placa de chumbo na célula chumbo-ácida muda de cerca de -0,35 para cerca de -0,20 volts. Isto é um aumento no potencial. Portanto, esta reação é chamada de anódica por natureza.

Pelo contrário, o potencial do eletrodo de dióxido de chumbo (catodo durante a descarga) diminui ao mover-se para o lado negativo, ou seja, o valor torna-se cada vez menor à medida que a descarga prossegue. O potencial positivo da placa de dióxido de chumbo na célula chumbo-ácido muda de cerca de 1,69 para cerca de 1,5 volts. Isto é uma diminuição do potencial. Portanto, esta reação é chamada de catódica por natureza e dizemos que a redução ocorre em uma placa positiva durante a descarga.

Essas reduções nas tensões de trabalho durante a descarga surgem devido ao que se chama polarização, causada por uma combinação de sobretensão, η, e resistência interna, que ocorre em ambos os eletrodos. Dito de forma simples, a sobretensão é a diferença entre o OCV e as tensões operacionais.

Assim, durante a descarga,Edisch = EOCV – ηPOS – ηNEG – IR.

Mas, para a reação de cargaECh = EOCV + ηPOS + ηNEG + IR.

IR refere-se à resistência interna oferecida por materiais dentro da célula, como eletrólito, material ativo, etc. O IR depende do desenho da célula, nomeadamente do separador utilizado, do passo entre as placas, dos parâmetros internos do material activo (tamanho das partículas, área de superfície, porosidade, etc.), da temperatura e da quantidade de PbSO4 no material activo. Pode ser apresentado como a soma de várias resistências oferecidas pelo chumbo superior, a massa activa e a camada de corrosão, electrólito, separador e polarização dos materiais activos.

Os três primeiros factores são afectados pelo design da célula. Nenhuma afirmação geral pode ser feita sobre os valores de polarização, mas normalmente está na mesma magnitude que a resistência inicial oferecida pelo chumbo superior. As placas mais compridas têm mais RI. Pode ser determinado a partir do declive da parte inicial da curva de descarga. Para o mesmo desenho, uma célula de maior capacidade terá uma menor resistência interna. A resistência interna de um VRLAB de 12V/28Ah é de 6 mΩ, enquanto a de uma bateria de menor capacidade (12V/ 7Ah) é de 20 a 23 mΩ.

Em valores muito baixos de η, a relação entre η e o actual, I, toma a forma da lei de Ohm e as equações acima referidas são simplificadas à medida que

Edisch = EOCV – IR.
ECh = EOCV + IR.

A discussão acima trata da reação de descarga de uma célula de chumbo-ácido.
Os fenômenos opostos ocorrem durante a reação de carga da célula de chumbo-ácido.

No caso de baterias primárias, o eletrodo positivo é normalmente chamado de cátodo enquanto o negativo é chamado de anodo, e isso é inequívoco, já que só ocorre descarga.

Assim, o eletrodo de chumbo que agiu como um ânodo se comporta como um cátodo durante a reação de carga e o eletrodo de dióxido de chumbo que agiu como um cátodo agora se comporta como um ânodo. Para evitar ambiguidade, usamos simplesmente eletrodos ou placas positivas e negativas em células secundárias.
Para ilustrar como isto funciona na prática, a figura seguinte mostra algumas curvas hipotéticas para a descarga e carga de uma bateria de chumbo-ácido.

Vê-se claramente que a tensão de descarga prática está abaixo da tensão de circuito aberto de 2,05V, e a tensão de carga prática está acima deste valor. O desvio de η é uma medida da influência combinada da resistência interna da célula e das perdas de polarização. Sempre que a corrente de descarga ou de carga é aumentada, o valor de η torna-se maior, de acordo com as equações dadas acima.

Fig 1 & 2 Placa tubular
Fig 1 Alterações de voltagem de um LAB & reações Redox de placa pos e neg
Fig 2 Mudanças na tensão das placas e da célula durante a descarga de carga exemplo tomado é a célula ácida de chumbo

Para resumir as reacções:
Chumbo, o material activo negativo:
Durante a descarga: Pb → Pb2+ + 2e-
Durante o carregamento: Pb2+ → Pb (ou seja, PbSO4 → Pb)

Dióxido de chumbo, o material activo positivo:
Durante a descarga: Pb4+ → Pb2+ (PbO2 → PbSO4)
Durante o carregamento: Pb2+ → PbO2 (ou seja, PbSO4 → PbO2)

Como ambos os materiais dos eletrodos são convertidos em sulfato de chumbo, esta reação recebeu o nome de “teoria do sulfato duplo” por Gladstone e Tribe, em 1882.

Classificação das baterias

Dependendo da natureza das reações eletroquímicas que ocorrem nessas células, elas podem ser classificadas em

  • Baterias primárias
  • Secundário (ou acumulador ou bateria de armazenamento)
  • Células de combustível

No início, é melhor compreender as diferenças entre estes tipos. Na bateria primária, a reação eletroquímica é irreversível, enquanto que, as células secundárias são conhecidas por sua reversibilidade de reação. A célula de combustível é também uma célula primária, mas a diferença entre a célula de combustível e uma célula primária é que os reagentes são mantidos fora do recipiente da célula, enquanto que numa célula primária os reagentes estão lá dentro da célula.

  • Nas células primárias (por exemplo, células de prata-oxida-zinco utilizadas em relógios de pulso, células MnO2- Zn utilizadas em lanternas e telecomandos para unidades AC, TVs, etc.) enquadram-se nesta categoria, Nestas células, as reacções só podem prosseguir numa direcção e não podemos inverter a reacção passando electricidade na direcção oposta.
  • Pelo contrário, as chamadas secundárias são conhecidas por sua reversibilidade das reações produtoras de energia. Após a descarga, se passarmos corrente directa na direcção oposta, os reagentes originais são regenerados a partir dos produtos de reacção. Exemplos para este tipo de bateria são: bateria de chumbo-ácido, bateria de iões de lítio, bateria de Ni-Cd (na verdade, bateria NiOOH-Cd), bateria de Ni-Fe, bateria de Ni-MH, para mencionar as baterias secundárias mais comuns.
  • Para elaborar o conceito de reversibilidade, o dióxido de chumbo (PbO2) no eletrodo positivo (comumente chamado de “placas”) e o chumbo (Pb) na placa negativa de uma célula chumbo-ácido, são ambos convertidos em sulfato de chumbo (PbSO4) quando ambos os materiais reagem com o eletrólito, ácido sulfúrico diluído, durante a reação de produção de energia. Isto é representado pelos electrochemista da seguinte forma:
  • PbO2 + Pb + 2PbSO4 Carga ↔ Descarga 2PbSO4 + 2H2O
  • Uma célula de combustível é também uma célula primária, mas os seus reagentes são alimentados a partir do exterior. Os eléctrodos da célula de combustível são inertes na medida em que não são consumidos durante a reacção celular, mas simplesmente ajudam na condução electrónica e têm efeitos electrocatalíticos. Estas últimas propriedades permitem a electro-redução ou electro-oxidação dos reagentes (os materiais activos).
  • Os materiais anódicos ativos utilizados nas células de combustível são geralmente combustíveis gasosos ou líquidos, como hidrogênio, metanol, hidrocarbonetos, gás natural (os materiais ricos em hidrogênio são chamados de combustíveis), que são alimentados no lado anódico da célula de combustível. Como estes materiais são como os combustíveis convencionais utilizados nos motores térmicos, o termo “célula de combustível” estabeleceu-se para descrever esse tipo de células. O oxigênio, na maioria das vezes ar, é o oxidante predominante e é introduzido no cátodo.

Células de combustível

  • Por teoria, uma única célula de combustível H2/O2 poderia produzir 1,23 V em condições ambientais.

    A reacção é: H2 + ½ O2 → H2O ou 2H2 + O2 → 2H2O E° = 1.23 V

    Praticamente, no entanto, as células de combustível produzem saídas de tensão úteis que estão longe da tensão teórica de 1,23 V e como resultado, as células de combustível geralmente operam entre 0,5 e 0,9 V. As perdas ou reduções de tensão do valor teórico são referidas como “polarização”, termo e fenômeno que se aplica a todas as baterias em diferentes extensões.

Bateria de chumbo-ácido

Na produção da bateria de chumbo-ácido, é utilizada uma variedade de eléctrodos positivos (ou como comumente chamados, “placas”):
E são:

a. Placa plana ou placa em grelha ou placa tipo grelha ou placa Fauré (1,3 a 4,0 mm de espessura)
b. Placas tubulares (diâmetro interior ~ 4,9 a 7,5 mm)
c. Placas de plaquetas (6 a 10 mm)
d. Placas cônicas
e. Placas de geleia em rolo (0,6 a 0,9 mm)
f. Placas bipolares

  • Destes, o primeiro tipo de placa plana mencionada é o mais utilizado; embora possa fornecer correntes pesadas por uma curta duração (por exemplo, iniciar um automóvel ou um conjunto de DG), tem uma vida mais curta. Aqui, um coletor de corrente retangular é preenchido com uma pasta feita de uma mistura de óxido de chumbo, água e ácido sulfúrico, cuidadosamente seca e formada. As placas positivas e negativas são feitas da mesma maneira, exceto pela diferença nos aditivos. Por serem finas, as baterias feitas a partir dessas placas podem fornecer correntes muito altas necessárias para o arranque de um automóvel. A esperança de vida é de 4 a 5 anos em tal aplicação. Antes do aparecimento do alternador-rectificador, a vida era mais curta.
  • Placas tubulares: O próximo tipo de placa amplamente utilizado é a placa tubular que tem uma vida útil mais longa, mas não pode fornecer uma explosão de corrente, como no tipo de placa plana de baterias. Discutimos as placas tubulares em detalhe abaixo.
  • Para uma vida longa com os mais rigorosos requisitos de fiabilidade em locais como centrais eléctricas e centrais telefónicas, o tipo de célula de chumbo-ácido preferido é o tipo Planté. O material de partida para a placa tubular é de cerca de 6-10 mm de espessura de fundição de chapas de chumbo de alta pureza com numerosas laminações verticais finas. A área de superfície básica da placa tubular é enormemente aumentada pela construção lamelar, o que resulta em uma área de superfície eficaz que é 12 vezes maior do que a sua área geométrica.
  • A placa cónica é do tipo de grelha circular em forma de malha de chumbo puro (em forma de copo com um ângulo de 10°), placas empilhadas horizontalmente uma acima da outra e feitas de chumbo puro. Isto foi desenvolvido pela Bell Telephone Laboratories, EUA.
  • As placas de geleia em rolo são placas de grelha contínua fina feitas de uma liga de estanho de baixa espessura de 0,6 a 0,9 mm, facilitando taxas elevadas. As placas são coladas com óxidos de chumbo, separadas por um tapete de vidro absorvente, e enroladas em espiral para formar o elemento básico da célula.
  • Placas bipolares: Estas placas têm uma chapa condutora central feita de metal ou polímero condutor e com material ativo positivo de um lado e material negativo do outro. Essas placas são empilhadas de tal forma que materiais ativos de polaridade oposta se enfrentam com um separador entre elas, para obter a tensão necessária.
  • Aqui é eliminada a ligação inter-células separada, reduzindo assim a resistência interna. Note-se que as placas extremas de uma bateria bipolar são sempre do tipo mono-polar, sejam positivas ou negativas.

2. 2. Diferenças - Bateria tubular versus bateria de placa plana

As baterias de placa plana são destinadas à descarga de alta corrente e curta duração como no automóvel e baterias de arranque do conjunto DG. Normalmente têm uma vida útil de 4 a 5 anos e o fim da vida útil deve-se principalmente à corrosão das grelhas positivas, resultando na perda de contacto entre a grelha e os materiais activos e subsequente desprendimento.

Qual é a melhor bateria tubular ou de placa plana?

Asplacas tubulares são robustas e, portanto, têm uma vida útil de cerca de 10 a 15 anos em operação de flutuação. Eles também são adequados para o serviço cíclico e oferecem a maior vida útil do ciclo. O material ativo está contido no espaço anular entre a coluna vertebral e o suporte de óxidos. Isto restringe o stress devido às mudanças de volume que ocorrem quando as células são cicladas.

O fim de vida é novamente devido à corrosão das espinhas e à perda de contato entre as espinhas e o material ativo. No entanto, a área de contato entre a coluna vertebral e a massa ativa é reduzida em tal construção e, portanto, sob drenos de corrente pesados, a maior densidade de corrente resulta em aquecimento local levando à ruptura de tubos e rachaduras na camada de corrosão.

Ascélulas planté têm o maior tempo de vida útil, mas a capacidade é fraca em comparação com outros tipos. Mas estas células oferecem a mais alta confiabilidade e a mais longa vida flutuante. O seu custo também é mais elevado, mas se for estimado ao longo da vida útil, é na verdade inferior em comparação com outras células do tipo estacionário. A razão para uma vida mais longa é que a superfície positiva da placa é continuamente regenerada sem praticamente nenhuma perda de capacidade ao longo da sua vida útil.
As células de placa cónica são especialmente concebidas pela Lucent Technologies (antiga AT&T Bell Laboratories) para uma vida muito longa de mais de 30 anos. Dados recentes de 23 anos de corrosão projetam uma vida útil de 68 a 69 anos para tais baterias.

O design do rolo de geléia se presta à produção em massa devido às excelentes características mecânicas e elétricas. A construção em rolos de gelatina (eléctrodos enrolados em espiral) num recipiente cilíndrico pode manter pressões internas mais elevadas sem deformação e pode ser concebida para ter uma pressão de libertação mais elevada
do que as células prismáticas. Isto é devido a um recipiente externo de metal utilizado para evitar deformações das caixas plásticas a temperaturas mais elevadas e pressões internas da célula. A faixa de pressões de ventilação pode ser de 170 kPa a 275 kPa (25 a 40 psi ” 1,7 a 2,75 bar) para uma célula metálica enrolada em espiral até 7 kPa a 14 kPa (1 a 2 psi ” 0,07 a 0,14 bar ) para uma grande bateria prismática.

Baterias de placa bipolar
No desenho de uma placa bipolar, existe um material central condutor eletronicamente (seja uma folha metálica ou uma folha de polímero condutor) em um lado do qual é material ativo positivo e no outro, um material ativo negativo. Aqui é eliminada a ligação inter-células separada, reduzindo assim a resistência interna. É de notar que as placas extremas nas células terminais bipolares são sempre do tipo mono-polar, sejam elas positivas ou negativas.

Estas baterias têm

  1. Maior energia específica e maior densidade de energia (ou seja, 40% menos volume ou 60% do tamanho de uma bateria de chumbo-ácido normal, 30% menos peso ou 70% da massa das baterias de chumbo-ácido normal.
  2. Duplicar a vida útil do ciclo
  3. Metade do chumbo é necessário e outros materiais também são reduzidos.

3. Porquê uma bateria tubular?

As baterias de placa tubular são utilizadas principalmente onde existe a necessidade de uma longa vida útil com maior capacidade. Eles são utilizados principalmente em aplicações standby em centrais telefônicas e grandes fábricas de caminhões de movimentação de materiais, tratores, veículos de mineração e, até certo ponto, carrinhos de golfe.

Hoje em dia, estas baterias encontram-se omnipresentes em todos os lares para aplicações de inversores-UPS.

Placas do tipo extra altas (até 1 metro e mais) são utilizadas em baterias submarinas para fornecer energia quando o submarino é submerso. Fornece um poder silencioso. As capacidades variam de 5.000 a 22.000 Ah. As células submarinas têm bombas de ar inseridas nelas para anular a estratificação ácida do electrólito para células de 1 a 1,4 m de altura.

As baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula de placa tubular gelatinosa são amplamente utilizadas em sistemas de energia não renováveis, como aplicações solares.

As baterias EV de placa tubular fina para vans e ônibus encontram aplicações no campo EV e são capazes de fornecer de 800 a 1500 ciclos, dependendo da espessura da coluna vertebral e da energia específica.

A tabela seguinte ilustra a relação entre a espessura da coluna vertebral, o passo da placa, a densidade do eletrólito, a energia específica e o número de ciclos de vida.

Diâmetro do tubo mm...> 7.5 6.1 4.9
Densidade do eletrólito (Kg/Litro) 1.280 1.300 1.320
Número de espinhas 19 24 30
Passo da placa tubular 15.9 13.5 11.4
Espessura da coluna vertebral 3.2 2.3 1.85
Energia específica (Wh por kg) à taxa de 5 horas 28 36 40
Duração do ciclo 1500 1000 800

Referência: K. D. Merz, J. Power Sources, 73 (1998) 146-151.

4. Como fazer uma placa de bateria tubular?

Sacos Tubulares

A placa tubular inicial foi construída com anéis individuais pela Phillipart e com sacos tubulares pela Woodward foram relatados em 1890-1900 e o uso de tubos de borracha ranhurados (Exide Ironclad) foi desenvolvido pela Smith em 1910.

A montagem de tubos individuais sobre as espinhas foi praticada mais cedo e esta foi uma operação mais lenta do que a inserção de uma grelha completa num desenho multitubo. Além disso, a ligação física entre os tubos individuais do multitubo proporciona uma maior rigidez durante a operação de enchimento da unidade. A curvatura das espinhas devido ao movimento lateral é eliminada. Estas são as razões pelas quais os fabricantes de baterias preferem usar as luva multitubo PT Bags.

Preparação do tubo. Actualmente os sacos multitubos ou PT Bags (gauntlets) são produzidos a partir de vidro ou fibras orgânicas quimicamente resistentes (poliéster, polipropileno, copolímeros de acrilonitrilo, etc.) através de métodos de tecelagem, trançagem ou feltragem.

Nos primeiros tempos dos multitubos, era utilizado tecido horizontalmente num fio do copolímero de cloreto de vinilo e acetato de vinilo. Duas camadas do pano foram passadas em cada lado de uma fileira de formadores cilíndricos (mandril) e a costura entre formadores adjacentes foi soldada a quente.

Mas o acetato de vinil degenerou para liberar ácido acético que, por sua vez, resultou em corrosão da coluna vertebral e falha prematura da bateria. Além disso, a vedação térmica tinha de ser controlada e dimensionada. Se a pressão de vedação fosse excedida, as costuras seriam fracas e logo as camadas se separariam em serviço. Pelo contrário, se a pressão de vedação era muito pesada, a vedação era boa, mas a costura real era fina e logo se desfez em serviço.

Embora isto não tenha causado um problema sério no serviço, houve a tendência para a separação da costura durante as operações iniciais de manuseamento e enchimento e o centro da placa tubular tendia a curvar, o que criou problemas nas operações seguintes da unidade, por exemplo, por vezes houve dificuldade em inserir a placa no contentor de células devido às placas sobredimensionadas.

Foram experimentados vários métodos para substituir a vedação térmica, como a técnica de tecelagem composta na qual os tubos eram tecidos numa única operação com os filamentos cruzados entre os tubos para formar uma costura integral. Modem multitubos usam vedação térmica ou costura com filamentos de poliéster tecidos em panos ou panos não tecidos de poliéster.

A atração dos panos não tecidos reside no fato de que o custo de fabricação é menor devido ao menor custo do material básico através da eliminação do processo de tecelagem. No entanto, para atingir a mesma ordem de resistência à ruptura, o tubo não tecido tem de ser mais espesso do que o seu homólogo tecido. Isto reduz tanto o volume de trabalho do electrólito (devido ao maior volume de material não-tecido do tubo). O volume de material ativo dentro do tubo também é reduzido, o que, por sua vez, reduz marginalmente a capacidade da célula.

Excelentes placas tubulares podem ser feitas com tubos individuais ou multitubos, desde que
o fio utilizado na fabricação dos tubos é aquele que não desnaturaliza facilmente em serviço. Tanto o vidro especialmente formulado como os filamentos de poliéster satisfazem este requisito.

As baterias de placa tubular são estacionárias na aplicação ou em material circulante, normalmente com carga flutuante a uma tensão de 2,2 a 2,30 volts por célula, dependendo da gravidade específica do eletrólito. Exemplos disso são as baterias comuns do inversor/UPS, baterias de telefone e células de iluminação e ar condicionado (células TL & AC).

Máquina de enchimento de placas tubulares

Em uma placa tubular, uma série de espiras de espessura adequada fundidas a partir de uma liga de chumbo é conectada a uma barra superior do barramento, manualmente ou usando uma máquina de fundição sob pressão. As espinhas são inseridas em sacos tubulares e o espaço entre as espinhas e o saco PT (também chamado de suporte de óxido) é preenchido com óxido seco ou pasta tixotrópica húmida. As espinhas são mantidas na posição central pela protrusão tipo estrela fornecida nas espinhas. Os sacos PT são feitos invariavelmente de fibras de poliéster tecidas ou feltradas. As placas tubulares assim preparadas são posteriormente decapadas, curadas/secas e formadas em tanques ou frascos com densidade electrolítica adequada.

O óxido de enchimento pode ter qualquer composição: apenas óxido de cinza, óxido de cinza e chumbo vermelho (também chamado “minium”) em proporções variáveis.

O benefício de ter chumbo vermelho na mistura positiva é que o tempo de formação é reduzido proporcionalmente à percentagem de chumbo vermelho que contém. Isto porque o chumbo vermelho já contém cerca de um terço de dióxido de chumbo, sendo o restante monóxido de chumbo. Ou seja, o chumbo vermelho Pb3O4 = 2PbO + PbO2.

Alternativamente, as placas tubulares cheias podem ser montadas directamente, depois de remover as partículas de óxido soltas que aderem aos tubos no exterior, em células e baterias e em frascos.

A placa negativa é feita como de costume, seguindo a prática de fabricação de placas planas. Os expansores são os mesmos, mas, a quantidade de “blanc fixe” é mais comparada com uma pasta automotiva. As placas tubulares são curadas em fornos de cura por cerca de 2 a 3 dias, depois de passarem por um túnel de secagem aquecido por electricidade ou gás para remover a humidade superficial, de modo a que as placas não fiquem umas com as outras durante os processos de manuseamento subsequentes.

A diferença na gravidade específica de enchimento inicial do ácido para paletes decapados e não decapados surge do fato de que o primeiro contém mais ácido e, portanto, uma menor gravidade específica é escolhida para baterias de placa tubular decapada, geralmente cerca de 20 pontos abaixo. A gravidade específica de acabamento do electrólito é de 1.240 ± 0.010 a 27°C.
Quanto maior for a gravidade específica do eletrólito, maior será a capacidade obtida com essas baterias, mas a vida útil será adversamente afetada.
Ou, as placas tubulares podem ser moldadas, secas e montadas e carregadas como de costume.

5. Diferentes tipos de placa tubular

Fig 3 & 4 Placas tubulares
Fig 3 Tubos podem ser redondos, ovais, planos, quadrados ou retangulares Fig 4 Diagrama de fluxo descrevendo as operações da unidade

A maioria dos fabricantes de baterias emprega tubos cilíndricos para a fabricação de placas tubulares e baterias. Mesmo neste caso o diâmetro dos tubos e consequentemente o das espinhas pode variar de cerca de 8 mm a 4,5 mm.

No entanto, os tubos também podem ser do tipo oval ou plano ou quadrado ou retangular. A estrutura básica é a mesma que as placas tubulares cilíndricas precursoras (como mostrado acima).

7. Vantagens da utilização de placas tubulares

As placas tubulares são muito notadas pela sua longa vida útil devido à ausência de derramamento de material ativo. O material ativo é mantido pelo saco tubular e, portanto, uma menor densidade de embalagem pode ser usada para maximizar o coeficiente de utilização. A maior porosidade assim resultante também pode ajudar na utilização de material mais ativo no processo de produção de energia. Quanto mais espessa for a coluna, mais serão os ciclos de vida que podem ser obtidos a partir dessas placas tubulares.

O número de ciclos de vida está entre 1000 a 2000 ciclos, dependendo da espessura das placas. Quanto mais espessa for a placa tubular, maior será o número de ciclos que eles dão. Diz-se que as placas tubulares podem oferecer o dobro do número de ciclos de vida, quando comparadas com uma placa plana da mesma espessura.

8. Como se melhora a vida útil da bateria usando placas tubulares?

Como discutido acima, a vida útil de uma bateria de placa tubular é maior do que a das baterias de placa plana. As frases seguintes descrevem as razões para a maior esperança de vida das baterias de placa tubular. Mais importante ainda, o material ativo é rigidamente segurado pelos tubos porta óxido, evitando assim o derramamento do material, que é a principal razão para a falha das baterias. Além disso, ao longo do tempo, as lombadas recebem uma cobertura protectora de dióxido de chumbo que ajuda a reduzir a taxa de corrosão das lombadas. A corrosão é simplesmente a conversão da coluna vertebral da liga de chumbo em dióxido de chumbo.

Termodinamicamente o chumbo e as ligas de chumbo são instáveis sob um elevado potencial anódico de mais de 1,7 a 2,0 volts e sob a atmosfera corrosiva do ácido sulfúrico tende a ser corroído e convertido em PbO2.

Sempre que a célula está em carga a tensões muito afastadas da tensão do circuito aberto (OCV) no lado superior, o oxigénio evolui como resultado da dissociação electrolítica da água e o oxigénio evolui na superfície das placas tubulares positivas e tem de se difundir para a coluna vertebral para a corroer. Como há uma espessa camada de material ativo positivo (PAM) ao redor dos espinhos, o oxigênio tem que viajar da superfície por uma longa distância e, portanto, a taxa de corrosão tende a ser reduzida. Isto ajuda a prolongar a vida das células da placa tubular.

9. Que aplicações de bateria deve idealmente usar placas de bateria tubulares?

As placas tubulares são utilizadas principalmente para baterias de longa duração de alta capacidade, como em veículos industriais de transporte interno (empilhadeiras, carros elétricos, etc.). Também é utilizado em baterias OPzS para aplicações de armazenamento de energia como Battery Energy Storage System (BESS), onde a capacidade das células pode chegar a 11000 Ah e 200 a 500 kWh e até 20 MWh.

As aplicações típicas para BESS são para a barbeação de pico, controle de freqüência, reserva de fiação, nivelamento de carga, energia de emergência, etc.

Hoje em dia, cada casa em alguns países tem pelo menos uma bateria de placa tubular para aplicações em inversores-UPS. Para não mencionar alguns estabelecimentos comerciais, por exemplo, os centros de navegação, onde é necessário um fornecimento contínuo de energia.

Recentemente, baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula de placa tubular em gel são amplamente utilizadas em sistemas de energia não-renováveis, como aplicações solares. Aqui o tipo gelado é o mais adequado.

Os EV que requerem 800 ciclos com 40 Wh/kg de energia específica podem utilizar melhor as baterias EV tubulares finas. A faixa de capacidade disponível é de 200Ah a 1000Ah a uma taxa de 5 h.

10. Características técnicas importantes de uma bateria de placa tubular

A característica técnica mais importante da bateria de placas tubulares é a sua capacidade de reter o material activo durante toda a sua expectativa de vida sem que o processo de desprendimento ocorra no curso normal e, assim, lançar as bases para uma longa vida útil.

As baterias que utilizam estas placas têm uma longa vida útil de 15-20 anos em aplicações estacionárias sob condições de carga flutuante, tais como centrais telefónicas, armazenamento de energia. Para operações cíclicas (tais como baterias de tracção), as baterias podem fornecer entre 800 e 1500 ciclos, dependendo da saída de energia por ciclo. Quanto menor a produção de energia por ciclo, maior será a vida útil.

As placas tubulares são mais adequadas para as aplicações solares na versão com válvula regulada por eletrolíticos gelados, sem problemas de estratificação no eletrólito. Uma vez que não necessita de recarga periódica com água aprovada e uma vez que não emanam gases desagradáveis destas células, elas são eminentemente adequadas para aplicações solares.

11. Conclusão

Das fontes de energia eletroquímicas utilizadas atualmente, a bateria de chumbo-ácido é superior a todos os outros sistemas considerados individualmente. Na bateria de chumbo-ácido, as baterias automotivas, omnipresentes, lideram a equipe. A seguir vem a bateria industrial de placa tubular. As baterias automotivas têm capacidades na faixa de 33 Ah a 180 Ah, todas em recipientes monobloco, mas o outro tipo tem uma capacidade de 45 Ah a milhares de Ah.

As baterias de placa tubular de pequena capacidade (até 200 Ah) são montadas em monoblocos e células de grande capacidade 2v em recipientes individuais e ligadas em série e em arranjos paralelos. As baterias de placa tubular de grande capacidade são utilizadas como fontes de energia estacionárias em centrais telefónicas, estabelecimentos de armazenamento de energia, etc. As baterias de tracção têm várias aplicações, como por exemplo, empilhadores, empilhadores, carrinhos de golfe, etc.

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