Placas tubulares

Placas tubulares

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Placas tubulares: bateria tubular alta vs bateria de placa plana

1. Tipos de placas de bateria de ácido de chumbo

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 vem sob eletroquímica, que é simplesmente definida como o sujeito que trata da interconversão de energia química e energia elétrica. Neste artigo discutiremos mais detalhadamente sobre placas tubulares.

Essas células produzem energia elétrica por reações espontâneas de redução de oxidação (reações redox) envolvendo os produtos químicos nos eletrodos positivos e negativos e eletrólitos, ocorrendo em cada eletrodo, chamado de meia célula. A energia química nos materiais ativos convertidos em energia elétrica. Os elétrons produzidos na reação de redução passam pelo circuito externo que conecta as duas meias células, produzindo assim uma corrente elétrica. A reação de oxidação ocorre liberando os 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 concluído através do eletrólito.

Sistema de bateria de chumbo-ácido:

Quando o circuito externo é fechado, os elétrons começam a viajar do polo negativo como resultado da reação que converte (eletroquimicamente oxida) o chumbo (Pb) para íons de chumbo divalent (Pb2+). (Estes últimos íons reagem com moléculas de sulfato para formar sulfato de chumbo (PbSO4) dentro da célula). Estes elétrons viajam pelo circuito externo e alcançam a placa positiva onde convertem o dióxido de chumbo em sulfato de chumbo ou seja, o dióxido de chumbo é eletroquimicamente reduzido ao sulfato de chumbo como resultado dos íons Pb4+ sendo convertidos em íons Pb2+ em PbSO4.

A reação geral da célula está escrita como:

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

Podemos ver que a valência do chumbo (Pb°) aumenta para PB2+

,

liberando 2 elétrons durante a descarga. Esse aumento da valência é denominado oxidação em terminologia eletroquímica.

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

absorvendo os dois elétrons provenientes da reação de oxidação. Essa redução da valência é denominada redução em termos eletroquímicos.

Esses termos também podem ser descritos pelas alterações nos potenciais eletrodos individuais da célula durante a descarga. O potencial (tensão) do eletrodo de chumbo (ânodo durante a descarga) aumenta movendo-se para valores mais positivos durante uma descarga. Esse aumento no valor potencial é chamado de oxidação. Assim, o potencial negativo da placa de chumbo na célula chumbo-ácido muda de cerca de -0,35 para cerca de -0,20 volts. Isso é um aumento no potencial. Portanto, essa reação é denominada de natureza anodica.

Pelo contrário, o potencial do eletrodo de dióxido de chumbo (cátodo durante a descarga) diminui movendo-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 de chumbo-ácido muda de cerca de 1,69 para cerca de 1,5 volts. Esta é uma diminuição do potencial. Portanto, essa reação é denominada de natureza catódica e dizemos que a redução ocorre em uma placa positiva durante a descarga.

Essas reduções nas tensões de trabalho durante a descarga surgem devido à chamada polarização, causada por uma combinação de supervoltage, η, e resistência interna, que ocorre em ambos os eletrodos. Resumindo, a evolução excessiva é a diferença no OCV e nas tensões operacionais.

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

Mas, para a reação de carregamento ECh = 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, ou seja, do separador utilizado, do tom entre as placas, dos parâmetros internos do material ativo (tamanho da partícula, área de superfície, porosidade, etc), temperatura e quantidade de PbSO4 no material ativo. Pode ser apresentada como a soma de várias resistências oferecidas pelo chumbo superior, a massa ativa e camada de corrosão, eletrólito, separador e polarização dos materiais ativos.

Os três primeiros fatores são afetados pelo design da célula. Nenhuma declaração geral pode ser feita sobre os valores de polarização, mas geralmente é na mesma magnitude que a resistência inicial oferecida pelo chumbo superior. Placas mais longas têm mais IR. Pode ser determinado a partir da inclinação da parte inicial da curva de descarga. Para o mesmo design, 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.

A valores muito baixos, a relação entre ele e atual, eu, assume a forma da lei de Ohm e as equações acima referidas são simplificadas como

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 chumbo-ácido.

No caso das baterias primárias, o eletrodo positivo é geralmente chamado de cátodo, enquanto o eletrodo negativo é chamado de ânodo, e isso é inequívoco, uma vez que só ocorre descarga.

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

É evidente que a tensão prática de descarga está abaixo da tensão do circuito aberto de 2,05V, e a tensão de carga prática está acima desse 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 carga é elevada, o valor de ele se torna maior, de acordo com as equações dadas acima.

Mudanças na placa tubular na tensão
Fig 1. Alterações na tensão de uma célula de chumbo-ácido e reações redox de placas positivas e negativas
Placa tubular
Fig 2. Alterações na tensão das placas e células durante o exemplo de descarga de carga tomada é célula de ácido chumbo

Resumindo as reações:
Chumbo, o material ativo negativo:
Durante a descarga: Pb → Pb2+ + 2e-
Durante a carga: Pb2+ → Pb (i.e., PbSO4 → Pb)

Dióxido de chumbo, o material ativo positivo:
Durante a descarga: Pb4+ → Pb2+ (PbO2 → PbSO4)
Durante a carga: Pb2+ → PbO2 (i.e., PbSO4 → PbO2)

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

Classificação de baterias

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

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

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

  • Nas células primárias (por exemplo, células de óxido de prata-zinco usadas em relógios de pulso, as células MnO2-Zn usadas para tochas e controles remotos para unidades CA, TVs, etc) caem nesta categoria, nestas células, as reações podem prosseguir apenas em uma direção e não podemos reverter a reação passando eletricidade na direção oposta.
  • Pelo contrário, as chamadas secundárias são conhecidas por sua reversibilidade das reações produtoras de energia. Após a descarga, se passarmos a corrente direta na direção oposta, os reagentes originais são regenerados a partir dos produtos de reação. Exemplos para este tipo de bateria são bateria de chumbo-ácido, bateria Li-ion, bateria Ni-Cd (na verdade bateria NiOOH-Cd), bateria Ni-Fe, bateria 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 ácido sulfúrico, diluído, durante a reação de produção de energia. Isso é representado por eletroquímicos da seguinte forma:
  • PbO2 + Pb + 2PbSO4 Carga ↔ descarga 2PbSO4 + 2H2O
  • Uma célula de combustível também é uma célula primária, mas seus reagentes são alimentados de fora. O eletrodo da célula de combustível é inerte na forma de não ser consumido durante a reação celular, mas simplesmente ajuda na condução eletrônica e tem efeitos eletrocatalíticos. Estas últimas propriedades permitem a eletro-redução ou eletro-oxidação dos reagentes (os materiais ativos).
  • Os materiais ativos do ânodo usados em 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 ânodo da célula de combustível. Como esses materiais são como os combustíveis convencionais usados em motores de calor, o termo ”célula de combustível” estabeleceu-se para descrever esse tipo de células. O oxigênio, na maioria das vezes o ar, é o oxidante predominante e é alimentado no cátodo.

Células de combustível

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

    A reação é: H2 + 1/2 O2 → H2O ou 2H2 + O2 → 2H2O E° = 1,23 V

    Na prática, porém, 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” que termo e fenômeno são aplicáveis a todas as baterias em diferentes extensões.

Bateria de ácido de chumbo

Na produção de bateria de chumbo-ácido, uma variedade de eletrodos positivos (ou como comumente chamado, “placas”) é empregada:
Eles são:

Um. Placa plana ou placa de grade ou placa colada ou placa de treliça ou placa Fauré (1,3 a 4,0 mm de espessura)
B. Placas tubulares (diâmetro interno ~ 4,9 a 7,5 mm)
C. Placas de Planté (6 a 10 mm)
D. Placas cônicas
e. Placas de rolo de geleia (0,6 a 0,9 mm)
F. Placas bipolares

  • Destes, o tipo de placa plana primeiramente mencionada é o mais utilizado; embora possa fornecer correntes pesadas por uma curta duração (por exemplo, iniciar um automóvel ou um conjunto de DG), ele tem uma vida útil mais curta. Aqui, um tipo de coletor de corrente retangular é preenchido com uma pasta feita de uma mistura de óxido de chumbo, água e ácido sulfúrico, cuidadosamente seco e formado. Tanto as placas positivas quanto as negativas são feitas da mesma forma, exceto pela diferença de aditivos. Por serem finas, as baterias feitas a partir dessas placas podem fornecer correntes muito altas necessárias para a partida de um automóvel. A expectativa de vida é de 4 a 5 anos em tal aplicação. Antes do advento do arranjo alternador-retificador, a vida era mais curta.
  • Placas tubulares: O próximo tipo de placa amplamente utilizada 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 das baterias. Discutimos as placas tubulares em detalhes abaixo.
  • Por uma vida longa com a mais rigorosa exigência de confiabilidade em locais como centrais elétricas e trocas telefônicas, 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 fundição de folhas de chumbo de alta pureza com numerosas laminações verticais finas. A área de superfície básica da placa tubular é muito melhorada pela construção lamelar, que resulta em uma área de superfície eficaz que é 12 vezes a de sua área geométrica.
  • A placa cônica é uma grade de chumbo pura em forma de rede circular (empalhadas em um ângulo de 10°), placas empilhadas horizontalmente uma acima da outra e feitas de chumbo puro. Isso foi desenvolvido pela Bell Telephone Laboratories, EUA.
  • As placas de rolo de geleia são finas placas de grade contínuas feitas a partir de uma linha de lata de baixo chumbo de 0,6 a 0,9 mm de espessura facilitando altas taxas. As placas são coladas com óxidos de chumbo, separados por um tapete de vidro absorvente, e ferida espiral para formar o elemento celular básico.
  • Placas bipolares: Estas placas possuem uma folha de condução central feita de metal ou de polímero condutor e com material ativo positivo de um lado e material negativo do outro lado. Tais placas são empilhadas de tal forma que materiais ativos opostos de polaridade se enfrentam com um separador entre elas., para obter a tensão necessária.
  • Aqui a conexão intercelular separada é eliminada, reduzindo assim a resistência interna. Pode-se notar que as placas extremas em uma bateria bipolar são sempre do tipo monopolar, sejam positivas ou negativas

2. Diferenças no desempenho de vários tipos de placas

As baterias de placa plana destinam-se a alta corrente, descarga de curta duração como no automóvel e baterias de partida do conjunto DG. Eles geralmente têm uma vida de 4 a 5 anos e o fim da vida é principalmente devido à corrosão das grades positivas, resultando na perda de contato entre a grade e materiais ativos e posterior derramamento.

As placas tubulares são robustase, portanto, têm uma vida de cerca de 10 a 15 anos em operação alegórico. Eles também são adequados para o dever 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 óxido. Isso restringe o estresse devido às mudanças de volume que ocorrem quando as células são ciclos.

O fim da vida volta a ser devido à corrosão das espinhas e perda de contato entre as colunas 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 pesada, a maior densidade atual resulta em aquecimento local levando à ruptura de tubos e rachadura na camada de corrosão.

As células de placas de Planté têm a vida útil mais longa, mas a capacidade é ruim em comparação com outros tipos. Mas essas células oferecem a maior confiabilidade e as vidas flutuantes mais longas. Seu custo também é maior, mas se for estimado ao longo da vida é realmente menor em comparação com outras células do tipo estacionário. A razão para uma vida mais longa é que a superfície da placa positiva é continuamente regenerada com praticamente nenhuma perda de capacidade ao longo de sua vida.
As células de placas cônicas são especialmente projetadas pela Lucent Technologies (antiga AT&T Bell Laboratories) por uma vida muito longa de mais de 30 anos. Dados recentes de corrosão de 23 anos projetam uma vida útil de 68 a 69 anos para essas baterias.

O design do rolo de geleia se presta à produção em massa devido a excelentes características mecânicas e elétricas. A construção do rolo de geleia (eletrodos de ferida espiral) em um recipiente cilíndrico pode manter pressões internas mais altas sem deformação e pode ser projetada para ter uma pressão de liberação mais alta
do que as células prismáticas. Isso se deve a um recipiente de metal externo usado para evitar a deformação das caixas plásticas a temperaturas mais altas e pressões internas das células. A faixa de pressões de ventilação pode ser de até 170 kPa a 275 kPa (25 a 40 psi » 1,7 a 2,75 bar) para uma célula de ferida metálica e espiralada de 7 kPa a 14 kPa (1 a 2 psi » 0,07 a 0,14 bar ) para uma grande bateria prismatica.

Baterias de placa bipolar
No desenho de uma placa bipolar, há um material central de condução eletronicamente (uma folha de metal ou uma folha de polímero condutor) em um lado do qual é material ativo positivo e o outro, um material ativo negativo. Aqui a conexão intercelular separada é eliminada, reduzindo assim a resistência interna. Deve-se notar que as placas extremas em uma célula final bipolar são sempre do tipo monopolar, sejam positivas ou negativas.

Essas baterias têm

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

3. Aplicações de baterias de placa tubular

As baterias de placa tubular são usadas principalmente quando há a exigência de uma vida longa com maior capacidade. Eles são usados principalmente em aplicações de espera em trocas telefônicas e grandes fábricas para movimentação de materiais de caminhões, tratores, veículos de mineração e, em certa medida, carrinhos de golfe.

Hoje em dia, essas baterias são encontradas onipresentemente em todos os domicílios para aplicações inverter-UPS.

Placas de tipo extra-alta (até 1 metro e mais) são empregadas em baterias submarinas para fornecer energia quando o submarino está submerso. Ele fornece 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 de eletrólitos para células de 1 a 1,4 m de altura.

As baterias de chumbo-ácido-chumbo reguladas pela válvula de carga de eletrólitos são amplamente utilizadas em sistemas de energia não renováveis, como aplicações solares.

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

A tabela a seguir ilustra a relação entre a espessura da coluna vertebral, o tom da placa, a densidade de eletrólitos, a energia específica e o 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

Referência: K. D. Merz, J. Fontes de Energia, 73 (1998) 146-151.

4. Fabricação de sacos tubulares, placas tubulares e baterias tubulares:

Sacos tubulares

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

A montagem de tubos individuais nas lombadas foi praticada anteriormente e esta foi uma operação mais lenta do que inserir uma grade completa em um projeto de vários tubos. Além disso, a ligação física entre os tubos individuais do multi-tubo dá maior rigidez durante o funcionamento da unidade de enchimento. A inclinação das espinhas devido ao movimento lateral é eliminada. Estas são as razões pelas quais os fabricantes de baterias preferem usar luvas multi-tubos PT Bags.

Preparação do tubo. Atualmente, os multi-tubos ou sacos pt (luvas) são produzidos a partir de vidros quimicamente resistentes ou fibras orgânicas (poliéster, polipropileno, copolímeros de acrilonitrilo, etc.) por métodos de tecelagem, trança ou feltro.

Nos primeiros dias de multi-tubos, foi utilizado pano horizontalmente tecido em um fio do copolímero de cloreto de vinil e acetato de vinil. Duas camadas do pano foram passadas em ambos os lados de uma fileira de antigos cilíndricos (mandrel) e a costura entre os antigos adjacentes foi soldada a calor.

Mas o acetato de vinil degenerou para liberar ácido acético que, por sua vez, resultou em corrosão da coluna e falha prematura da bateria. Além disso, a vedação de calor tinha que ser controlada e dimensionada. Se a pressão de vedação excedeu um limite, as costuras eram fracas e logo as camadas se separavam em serviço. Pelo contrário, se a pressão de vedação era muito pesada, o selado era bom, mas a costura real era fina e logo se desfez em serviço.

Embora isso não tenha causado um problema grave no serviço, houve a tendência de a costura se separar durante as operações iniciais de manuseio e enchimento e o centro da placa tubular tendia a curvar- se, o que criou problemas nas operações seguintes da unidade, por exemplo, às vezes havia dificuldade em inserir a placa no recipiente da célula devido às placas superdimensionadas.

Vários métodos foram tentados a substituir a vedação de calor, como a técnica de tecelagem composta em que os tubos foram tecidos em uma operação com os filamentos cruzando entre tubos para formar uma costura integral. Os multi-tubos de modem usam vedação de calor ou costura com filamentos de poliéster tecidos em panos ou panos de poliéster não tecidos.

A atração dos panos não tecidos está no fato de que o custo de fabricação é menor devido ao menor custo básico do material através da eliminação do processo de tecelagem. No entanto, para atingir a mesma ordem de força de explosão, o tubo não-tecido tem que ser mais espesso do que sua contraparte tecida. Isso reduz tanto o volume de trabalho do eletrólito (devido ao maior volume de material do tubo não-vesal). 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 multi-tubos fornecidos
o fio usado na fabricação dos tubos é aquele que não desnatura prontamente em serviço. Tanto os filamentos de vidro e poliéster especialmente formulados atendem a esse requisito.

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

Placa Tubular

Em uma placa tubular, uma série de espinhos de espessura adequada lançadas de uma liga de chumbo é conectada a uma barra de ônibus superior, manualmente ou usando uma máquina de fundição de 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 de tioxrópica molhada. As espinhas são mantidas na posição central por saliência semelhante a uma estrela fornecida nas espinhas. Os sacos pt são feitos invariavelmente de fibras de poliéster tecidas ou sentidas. As placas tubulares tão preparadas são posteriormente conservadas, curadas/secas e formadas por tanques ou jars formados com densidade de eletrólitos adequada.

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

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

Alternativamente, as placas tubulares preenchidas podem ser montadas diretamente, depois de remover as partículas de óxido solto que aderirem aos tubos externos, em células e baterias e formadas por 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, após serem passadas por um túnel de secagem aquecido por eletricidade ou gás para remover a umidade superficial, de modo que as placas não grudem entre si durante os processos subsequentes de manuseio.

A diferença no preenchimento inicial da gravidade específica do ácido para pálidos em conserva e não escolhidos surge do fato de que o primeiro contém mais ácido e, portanto, uma gravidade específica mais baixa é escolhida para baterias de placa tubular em conserva, geralmente cerca de 20 pontos mais baixas. A gravidade específica do acabamento do eletrólito é de 1.240 ± 0,010 a 27°C.
Quanto maior a gravidade específica do eletrólito, mais será a capacidade obtida fro0m essas baterias, mas a vida será adversamente afetada.
Ou, as placas tubulares podem ser formadas por tanques, secas e montadas e carregadas como de costume.

5. Diferentes tipos de placa tubular

Processo de fabricação de placas tubulares
Fig 3. Um fluxograma que retrata as operações da unidade
Placa tubular diferentes formas
Fig 4. tubos também podem ser tipos ovais ou planos ou quadrados ou retangulares

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

No entanto, os tubos também podem ser tipos ovais ou planos ou quadrados ou retangulares. A estrutura básica é a mesma das placas tubulares cilíndricas precursoras (como mostrado acima).

7. Vantagens do uso de placas tubulares

Placas tubulares são muito conhecidas por sua longa vida devido à ausência de derramamento de material ativo. O material ativo é mantido pela bolsa tubular e, portanto, uma densidade de embalagem mais baixa pode ser usada para maximizar o coeficiente de uso. A maior porosidade, assim, pode ajudar no uso de material mais ativo no processo de produção de energia. Quanto mais grossa a coluna vertebral, mais serão os ciclos de vida que podem ser obtidos a partir dessas placas tubulares.

O número de ciclos de vida está entre 1000 e 2000 ciclos, dependendo da espessura das placas. Quanto mais grossa a placa tubular, mais 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 comparados com uma placa plana da mesma espessura.

8. Como a vida útil da bateria é melhorada usando placas tubulares?

Como discutido acima, a vida útil de uma bateria de placa tubular é maior do que as baterias de placa plana. As seguintes frases descrevem as razões para a maior expectativa de vida das baterias de placas tubulares. Mais importante, o material ativo é rigidamente segurado pelos tubos de suporte de óxido, evitando assim o derramamento do material, que é o principal motivo para a falha das baterias. Além disso, com o passar do tempo, as colunas recebem uma cobertura protetora de dióxido de chumbo que ajuda na redução da taxa de corrosão das espinhas. Corrosão é simplesmente, a conversão da coluna de anteio de chumbo em dióxido de chumbo.

As antemias termodinamicamente de chumbo e chumbo são instáveis sob um alto potencial anodódico de mais de 1,7 a 2,0 volts e sob a atmosfera corrosiva do ácido sulfúrico tende a ser corroída e convertida em PbO2.

Sempre que a célula está em carga em tensões distantes da tensão do circuito aberto (OCV) no lado superior, o oxigênio é evoluído como resultado da dissociação eletrolítica da água e o oxigênio é evoluído na superfície das placas tubulares positivas e tem que difundir a coluna para corroí-la. Uma vez que há uma espessa camada de material ativo positivo (PAM) ao redor das espinhas, o oxigênio tem que viajar da superfície por uma longa distância e, portanto, a taxa de corrosão tende a ser reduzida. Isso ajuda a prolongar a vida útil das células tubulares das placas.

9. Quais aplicações de bateria devem usar idealmente placas de bateria tubulares?

As placas tubulares são empregadas principalmente para baterias de longa duração de alta capacidade, como em veículos de transporte domésticos industriais (empilhadeiras, carros elétricos, etc.). Ele também é usado para aplicações de armazenamento de energia como o Battery Energy Storage System (BESS), onde a capacidade das células pode ser tão alta quanto 11000 Ah e 200 a 500 kWh e até 20 MWh.

As aplicações típicas para BESS são para barbear de pico, controle de frequência, reserva giratória, nivelamento de carga, energia de emergência, etc.

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

Recentemente, as baterias de chumbo-ácido de chumbo reguladas por válvulas tubulares geladas são amplamente utilizadas em sistemas de energia não renováveis, como aplicações solares. Aqui o tipo gelado é o mais adequado.

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

10. Características técnicas importantes de uma bateria de placa tubular

A característica técnica mais importante da bateria da placa tubular é sua capacidade de reter o material ativo ao longo de sua expectativa de vida sem que o processo de derramamento aconteça no curso normal e, assim, estabelecendo as bases para uma longa vida.

As baterias que empregam tais placas têm uma longa vida útil de 15 a 20 anos em aplicações estacionárias sob condições de carga flutuante, como trocas telefônicas, armazenamento de energia. Para operações cíclicas (como baterias de tração), as baterias podem fornecer de 800 a 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 em versão regulada por válvulas de eletrólitos geled sem problema de estratificação no eletrólito. Uma vez que não requer cobertura periódica com água aprovada e como nenhum gás detestável está emanando dessas células, eles são eminentemente adequados para aplicações solares.

11. Conclusão

Das fontes de energia eletroquímicas utilizadas hoje em dia, a bateria de chumbo-ácido supera todos os outros sistemas considerados individualmente. Na bateria de chumbo-ácido, as baterias automotivas onipresentemente presentes lideram a equipe. Em seguida vem a bateria industrial da placa tubular. As baterias automotivas têm capacidades na faixa de 33 Ah a 180 Ah, todas em recipientes monoblocos, mas o outro tipo tem uma capacidade de 45 Ah a milhares de Ah.

Baterias de placa tubular de pequena capacidade (até 200 Ah) são montadas em monoblocos e células de grande capacidade 2v em recipientes únicos e conectadas em arranjos em série e paralelos. Baterias tubulares de grande capacidade são usadas como fontes de energia estacionárias em troca telefônica, estabelecimentos de armazenamento de energia etc. As baterias de tração possuem várias aplicações como caminhões de manuseio de materiais, empilhadeiras, carrinhos de Golf etc.

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