¿Cuál es la causa del fallo de una batería de plomo-ácido?

En la actualidad, las baterías más utilizadas son: baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de níquel-cloruro metálico, baterías de sulfuro sódico, baterías de cloruro sódico, batería de iones de litio y otras baterías químicas comerciales.

Este artículo presenta batería de plomo-ácido desde varios aspectos.

La batería de plomo-ácido, llamada así por el ánodo y el cátodo de placas de plomo y electrolito de ácido sulfúrico, es el tipo más antiguo y común de batería secundaria, y se han utilizado ampliamente en el almacenamiento de energía. Aunque las baterías de plomo-ácido son fiables y estables, tienen una vida útil baja (entre 300 y 500 ciclos).

La batería de plomo-ácido es el sistema de suministro de energía más fiable y barato en los primeros tiempos, y encontró alguna aplicación en los vehículos eléctricos y sigue siendo la fuente de energía de reserva más común. Debido a su alto rendimiento energético, las baterías de plomo-ácido se utilizan principalmente en el arranque de motores, la iluminación, el encendido, etc. En el futuro, debido a su precio relativamente bajo, las baterías de plomo-ácido seguirán ocupando cierta cuota de mercado.

La composición de la batería de plomo-ácido

En cuanto a su composición, las baterías de plomo-ácido constan principalmente de plomo y sus óxidos y una pasta como placa de plomo o red de plomo compuesta de ácido sulfúrico como electrodo. Estas placas de plomo se conectan entre sí y se sumergen en una solución de ácido sulfúrico. El disco de plomo positivo está compuesto principalmente de dióxido de plomo, mientras que el electrodo negativo está compuesto de plomo esponjoso.

En la actualidad, la mayoría de las placas de plomo se añaden con jin, estaño, calcio, selenio y otros elementos para formar aleaciones. Las placas de plomo aleadas pueden mejorar la rigidez, lo que es beneficioso para el proceso de preparación de la batería y la calidad del producto final. El diafragma más común entre los polos positivo y negativo es una película de plástico microporoso. El número de discos de plomo suele ser par, y los discos positivo y negativo se conectan individualmente entre sí, como se muestra en la figura.

¿Cómo se carga y descarga una batería de plomo-ácido?

El proceso de carga y descarga es el siguiente : Durante la descarga, el plomo absorbe sulfato del electrolito, mientras que el proceso de carga libera sulfato en el electrolito. En este proceso, el material activo cae de la placa de plomo y del fluido colector al fondo de la batería, lo que limita la vida útil de los ciclos de las baterías de plomo-ácido tradicionales.

Por esta razón, la mayoría de las baterías de plomo-ácido están diseñadas para dejar un espacio en la parte inferior de la batería entre el material activo que cae y el colector de fluido para evitar el contacto de cortocircuito. Además, la reacción del plomo y el ácido producirá cierta cantidad de gas en el electrolito, por lo que es necesario comprobar o sustituir con frecuencia el electrolito de la batería de plomo-ácido.

Nuevo tipo de batería de plomo-ácido

Recientemente se ha comercializado un nuevo tipo de batería de plomo-ácido. A diferencia de las baterías de plomo-ácido tradicionales, la nueva batería utiliza una esponja de tela de fibra de vidrio como diafragma que retiene el electrolito, en lugar de sumergir el disco de plomo directamente en la solución ácida. Esto reduce las fugas del electrolito y absorbe el gas de la reacción de la placa de plomo con el ácido dentro del diafragma.

Como resultado, la batería no requiere servicios de seguimiento como la inspección y reinyección del electrolito después del montaje. Una batería de este tipo puede clasificarse como batería de plomo-ácido sellada controlada por válvula, que tiene la ventaja principal de que el gas producido por la batería puede devolverse al electrolito una vez cerrada la batería. Por estas razones, se denominan baterías sin mantenimiento.

¿Cuál es el índice de recuperación de una batería de plomo-ácido?

Aunque el plomo y el ácido sulfúrico son sustancias peligrosas en las baterías de plomo-ácido, la alta recuperación reduce en gran medida este inconveniente.

Como el producto de batería con la tasa de recuperación más alta, la tasa de recuperación de la batería de plomo-ácido en el mercado de EE.UU. es tan alta como 95% 98%, pero esto todavía no cumple con los requisitos de protección del medio ambiente, porque la liberación de 2% 5% de plomo seguirá causando un gran daño al medio ambiente.

En este sentido, se espera seguir mejorando la tasa de recuperación de las baterías de plomo-ácido.

¿Existe una norma para el tamaño de las baterías de plomo?

Además de las preocupaciones medioambientales, la confusión actual sobre el tamaño de las baterías de plomo-ácido es otra cuestión que se debate a menudo. Aunque las baterías de plomo-ácido se han estandarizado y comercializado a gran escala, las distintas aplicaciones tienen requisitos diferentes para las baterías de plomo-ácido, lo que provoca la variación en seco de las normas de tamaño.

El Battery Council International (BCI) ha intentado establecer normas para el tamaño de las baterías de plomo-ácido. Además de las normas de tamaño, el BCI también ha desarrollado una serie de normas para las baterías de plomo-ácido, como la tensión de funcionamiento y la configuración de los terminales.

¿Se estropean las baterías de plomo?

Las baterías de plomo-ácido siguen teniendo una elevada cuota de mercado debido a los bajos costes de material y fabricación y a los altos índices de recuperación. Las baterías de plomo-ácido selladas tradicionales y controladas por válvulas se utilizaron inicialmente como baterías de arranque para vehículos de motor. En los últimos años, las baterías de plomo-ácido se han desarrollado rápidamente en el campo de las bicicletas eléctricas y ocupan una cuota de mercado absolutamente dominante.

Además, las baterías de plomo-ácido siguen siendo una buena opción para fuentes de energía de reserva, almacenamiento de energía estacionaria y aplicaciones de ascensores que requieren alta potencia pero bajo ciclo de la batería y requisitos específicos de energía.

Los nuevos avances de la batería de plomo-ácido

Aunque el desarrollo de las baterías de plomo-ácido ha sido lento en los últimos 150 años, se han producido algunos avances que las han hecho adecuadas para nuevos tipos de ingeniería de electrificación, como los microhíbridos y los híbridos. Empresas como Energy Power System (EPS) y Ecoult han desarrollado sistemas avanzados de PDA. EPS ha desarrollado una matriz de capas planas para baterías de plomo-ácido, que aumenta la vida útil de la batería dos o tres veces y mejora mucho la velocidad de carga.

El rendimiento ha sido próximo al de la batería de níquel e hidruro metálico, pero el precio es aproximadamente 1/3 del de la batería de níquel e hidruro metálico. Se espera que las nuevas baterías de plomo-ácido se utilicen en vehículos eléctricos microhíbridos e híbridos, así como en sistemas de almacenamiento de energía. El avanzado proceso desarrollado por EPS hace que las baterías de plomo-ácido sean más ventajosas económicamente en las aplicaciones del mercado.

Ecoult, una empresa australiana, ha desarrollado la batería de ácido superplomo, que es una modificación de las baterías de plomo-ácido convencionales. La introducción de un electrodo de carbono en una batería de ácido superplomo equivale a la introducción de un supercondensador en una batería de plomo-ácido. Las baterías de ácido superplomo, que pueden alcanzar miles de ciclos sin una degradación significativa del rendimiento electroquímico, se han utilizado ampliamente en energías renovables, redes eléctricas y vehículos eléctricos híbridos.

EPS y Ecoult han hecho grandes progresos en el campo de las baterías de plomo-ácido en los últimos años, y creen que éstas aún tienen mucho potencial. Creen que el tiempo demostrará que las aplicaciones de las baterías de plomo-ácido en microhíbridos, híbridos, redes nacionales y almacenamiento de energía son una solución muy buena desde el punto de vista económico y pragmático.

Organizaciones sobre la batería de plomo-ácido

En la actualidad, hay muchos vendedores, empresas y organizaciones que ofrecen baterías de plomo-ácido para diferentes aplicaciones. Fundado en 1925, EL Consejo Internacional de Baterías (BC) es una organización sin ánimo de lucro que dirige principalmente a diferentes fabricantes de baterías de plomo-ácido para formular normas para las baterías de plomo-ácido, recopilar datos del sector y promover el intercambio de información entre más de 200 fabricantes internacionales.

Otra organización importante es Advanced Lead Acid Battery Council (ALABC), fundada en 1992, que es una alianza internacional de INVESTIGACIÓN y desarrollo centrada en la mejora de la capacidad específica de las baterías de plomo-ácido. Aunque ALABC es más pequeña que BCI, sólo tiene más de 70 miembros, pero en la mejora del rendimiento de las baterías de plomo-ácido la investigación y el desarrollo tienen un papel insustituible.