Technológia a výhody olovených uhlíkových batérií CSPower

Oloveno-uhlíková batéria CSPower – technológia, výhody

S pokrokom spoločnosti sa neustále zvyšujú požiadavky na skladovanie energie v batériách pri rôznych spoločenských príležitostiach. V posledných desaťročiach dosiahli mnohé technológie batérií veľký pokrok a vývoj olovených batérií sa stretol s mnohými príležitosťami a výzvami. V tejto súvislosti vedci a inžinieri spoločne pracovali na pridaní uhlíka do negatívneho aktívneho materiálu olovených batérií a zrodila sa oloveno-uhlíková batéria, vylepšená verzia olovených batérií.

Olovené uhlíkové batérie sú pokročilou formou ventilom regulovaných olovených kyselinových batérií, ktoré využívajú katódu vyrobenú z uhlíka a anódu vyrobenú z olova. Uhlík na uhlíkovej katóde plní funkciu kondenzátora alebo „superkondenzátora“, ktorý umožňuje rýchle nabíjanie a vybíjanie spolu s predĺženou životnosťou v počiatočnej fáze nabíjania batérie.

Prečo trh potrebuje olovené uhlíkové batérie???

• * Spôsoby poruchy plochých olovených VRLA batérií v prípade intenzívneho cyklovania

Najbežnejšie režimy zlyhania sú:

– Zmäkčenie alebo odlupovanie aktívneho materiálu. Počas vybíjania sa oxid olovnatý (PbO2) kladnej platne transformuje na síran olovnatý (PbSO4) a počas nabíjania späť na oxid olovnatý. Časté cyklovanie znižuje súdržnosť materiálu kladnej platne v dôsledku vyššieho objemu síranu olovnatého v porovnaní s oxidom olovnatým.

– Korózia mriežky kladnej platne. Táto korozívna reakcia sa zrýchľuje na konci procesu nabíjania v dôsledku nevyhnutnej prítomnosti kyseliny sírovej.

– Sulfátácia aktívneho materiálu záporného elektrolytu. Počas vybíjania sa olovo (Pb) záporného elektrolytu tiež transformuje na síran olovnatý (PbSO4). Keď sa batéria ponechá v stave nízkeho nabitia, kryštály síranu olovnatého na zápornom elektrolyte rastú, stvrdnú a tvoria nepreniknuteľnú vrstvu, ktorú nemožno opätovne premeniť na aktívny materiál. Výsledkom je znižujúca sa kapacita, až kým sa nestane nepoužiteľnou.

• * Nabitie olovenej batérie trvá určitý čas

V ideálnom prípade by sa olovená batéria mala nabíjať rýchlosťou nepresahujúcou 0,2 °C a fáza hromadného nabíjania by mala trvať osem hodín absorpčného nabíjania. Zvýšenie nabíjacieho prúdu a nabíjacieho napätia skráti čas nabíjania na úkor skrátenej životnosti v dôsledku zvýšenia teploty a rýchlejšej korózie kladného náboja v dôsledku vyššieho nabíjacieho napätia.

• * Olovo-uhlíkové batérie: lepší výkon pri čiastočnom nabití, viac cyklov, dlhá životnosť a vyššia účinnosť hlbokého cyklu

Nahradenie aktívneho materiálu zápornej platne kompozitom olova a uhlíka potenciálne znižuje sulfatáciu a zlepšuje prijatie náboja zápornou platňou.

Technológia olovených uhlíkových batérií

Väčšina používaných batérií ponúka rýchle nabíjanie do hodiny alebo dlhšie. Aj keď sú batérie nabité, stále dokážu poskytovať výstupnú energiu, vďaka čomu sú funkčné aj v tomto stave, čo zvyšuje ich spotrebu. Problém, ktorý sa však vyskytol pri olovených batériách, bol, že vybitie trvalo veľmi krátko a opätovné nabitie veľmi dlho.

Dôvodom, prečo olovené batérie trvalo tak dlho, kým sa dostali do pôvodného stavu nabitia, boli zvyšky síranu olovnatého, ktoré sa vyzrážali na elektródach batérie a iných vnútorných komponentoch. To si vyžadovalo prerušované vyrovnávanie síranu z elektród a iných komponentov batérie. Toto vyzrážanie síranu olovnatého sa vyskytuje pri každom cykle nabíjania a vybíjania a nadbytok elektrónov v dôsledku vyzrážania spôsobuje tvorbu vodíka, čo má za následok stratu vody. Tento problém sa časom zhoršuje a zvyšky síranu začínajú tvoriť kryštály, ktoré ničia schopnosť elektródy prijímať náboj.

Kladná elektróda tej istej batérie dosahuje dobré výsledky napriek tomu, že sa na nej usadzuje rovnaký síran olovnatý, čo jasne ukazuje, že problém je v zápornej elektróde batérie. Vedci a výrobcovia tento problém vyriešili pridaním uhlíka do zápornej elektródy (katódy) batérie. Pridanie uhlíka zlepšuje prijatie náboja batériou, čím sa eliminuje čiastočné nabitie a starnutie batérie v dôsledku zvyškov síranu olovnatého. Pridaním uhlíka sa batéria začne správať ako „superkondenzátor“, ktorý ponúka svoje vlastnosti pre lepší výkon batérie.

Oloveno-uhlíkové batérie sú perfektnou náhradou pre aplikácie, ktoré zahŕňajú oloveno-kyselinové batérie, ako napríklad v aplikáciách s častým štartovaním a zastavovaním a v mikro/miernych hybridných systémoch. Oloveno-uhlíkové batérie môžu byť v porovnaní s inými typmi batérií ťažšie, ale sú cenovo výhodné, odolné voči extrémnym teplotám a nevyžadujú chladiace mechanizmy. Na rozdiel od tradičných oloveno-uhlíkových batérií tieto oloveno-uhlíkové batérie fungujú perfektne medzi 30 a 70 percentami nabíjacej kapacity bez obáv zo zrážania síranov. Oloveno-uhlíkové batérie prekonali oloveno-kyselinové batérie vo väčšine funkcií, ale pri vybíjaní trpia poklesom napätia, ako je to v prípade superkondenzátorov.

Výstavba preCSPowerRýchle nabíjanie hlbokého cyklu oloveno-uhlíkovej batérie

Funkcie pre rýchle nabíjanie hlbokého cyklu olovených a uhlíkových batérií

• l Kombinácia vlastností olovenej batérie a superkondenzátora
• Dizajn s dlhou životnosťou, vynikajúci PSoC a cyklický výkon
• Vysoký výkon, rýchle nabíjanie a vybíjanie
• l Jedinečný dizajn mriežky a oloveného vkladania
• Extrémna teplotná tolerancia
• l Možnosť prevádzky pri teplote -30 °C až 60 °C
• Schopnosť obnovy po hlbokom vybití

Výhody rýchleho nabíjania hlbokým cyklom olovených uhlíkových batérií

Každá batéria má svoje určené použitie v závislosti od jej aplikácie a nemožno ju všeobecne označiť za dobrú alebo zlú.

Olovo-uhlíková batéria síce nie je najnovšou technológiou, ale ponúka niekoľko skvelých výhod, ktoré ani súčasné technológie batérií nedokážu ponúknuť. Niektoré z týchto výhod oloveno-uhlíkových batérií sú uvedené nižšie:

• Menej sulfátovania v prípade prevádzky s čiastočným stavom nabitia.
• Nižšie nabíjacie napätie a tým vyššia účinnosť a menšia korózia kladného dosky.
• A celkovým výsledkom je zlepšená životnosť.

Testy ukázali, že naše olovené uhlíkové batérie vydržia najmenej osemsto 100 % cyklov DoD.

Testy pozostávajú z denného vybíjania na 10,8 V s I = 0,2C₂₀, približne dvojhodinového pokoja vo vybitom stave a následného nabitia s I = 0,2C₂₀.

• l ≥ 1200 cyklov pri 90 % DoD (vybitie na 10,8 V s I = 0,2C₂₀, približne dvojhodinový pokoj vo vybitom stave a následné nabitie s I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 2500 cyklov pri 60 % DoD (vybíjanie počas troch hodín s I = 0,2C₂₀, okamžité dobitie pri I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 3700 cyklov pri 40 % DoD (vybíjanie počas dvoch hodín s I = 0,2C₂₀, okamžité dobitie pri I = 0,2C₂₀)
• Tepelné poškodenie je v oloveno-uhlíkových batériách minimálne vďaka ich vlastnostiam nabíjania a vybíjania. Jednotlivé články sú ďaleko od rizika spálenia, výbuchu alebo prehriatia.
• Oloveno-uhlíkové batérie sa perfektne hodia pre siete aj siete. Táto vlastnosť z nich robí dobrú voľbu pre solárne elektrické systémy, pretože ponúkajú vysokú schopnosť vybíjacieho prúdu.

Olovené uhlíkové batérieVSUtesnené olovené batérie, gélové batérie

• Olovené uhlíkové batérie lepšie fungujú v čiastočných stavoch nabitia (PSOC). Bežné olovené batérie fungujú najlepšie a vydržia dlhšie, ak dodržiavajú prísny režim „plné nabitie“ – „plné vybitie“ – plné nabitie; nereagujú dobre na nabíjanie v akomkoľvek stave medzi plným a vybitým stavom. Olovené uhlíkové batérie lepšie fungujú v nejednoznačnejších oblastiach nabíjania.
• Olovené uhlíkové batérie používajú záporné elektródy superkondenzátora. Uhlíkové batérie používajú štandardnú olovenú batériu so kladnou elektródou a zápornú elektródu superkondenzátora. Táto superkondenzátorová elektróda je kľúčom k dlhej životnosti uhlíkových batérií. Štandardná olovená elektróda prechádza v priebehu času chemickou reakciou pri nabíjaní a vybíjaní. Záporná elektróda superkondenzátora znižuje koróziu na kladnej elektróde, čo vedie k dlhšej životnosti samotnej elektródy, čo následne vedie k dlhšej životnosti batérií.
• Olovené uhlíkové batérie majú rýchlejšie rýchlosti nabíjania/vybíjania. Štandardné olovené batérie majú maximálne 5 – 20 % svojej menovitej kapacity rýchlosti nabíjania/vybíjania, čo znamená, že batérie môžete nabíjať alebo vybíjať 5 – 20 hodín bez toho, aby ste spôsobili dlhodobé poškodenie zariadení. Uhlíkovo-olovo majú teoreticky neobmedzenú rýchlosť nabíjania/vybíjania.
• Olovené uhlíkové batérie nevyžadujú žiadnu údržbu. Batérie sú plne utesnené a nevyžadujú žiadnu aktívnu údržbu.
• Olovené uhlíkové batérie sú cenovo konkurencieschopné v porovnaní s gélovými batériami. Gélové batérie sú stále o niečo lacnejšie na kúpu, ale uhlíkové batérie sú len o niečo drahšie. Súčasný cenový rozdiel medzi gélovými a uhlíkovými batériami je zhruba 10 – 11 %. Ak vezmeme do úvahy, že uhlíkové batérie vydržia približne o 30 % dlhšie, pochopíte, prečo sú cenovo výhodnejšou voľbou.