9 indústrias que dependem de baterias de chumbo-ácido e aplicações em veículos

As baterias de chumbo-ácido desempenham um papel importante em todas as aplicações elétricas.

Baterias de íon de lítiotornaram-se os favoritos do mundo para armazenamento de energia com as vantagens de leveza, potência forte e longa vida útil, tornando-os uma fonte principal para aplicações móveis, como veículos elétricos, eletrônicos pessoais, telefones celulares, bem como ferramentas elétricas alimentadas por bateria. No entanto, as tradicionais baterias de chumbo-ácido (que estão a ser gradualmente substituídas por baterias de iões de lítio) ainda apresentam tendência de crescimento: estatisticamente, espera-se que atinjam 59,7 mil milhões de dólares em 2026, com uma taxa média de crescimento anual de 5,2%.

As baterias de chumbo-ácido têm sido utilizadas em diferentes aplicações há mais de 160 anos e continuam sendo a bateria eletroquímica recarregável mais amplamente utilizada para aplicações de armazenamento de energia de pequeno e médio porte. As baterias de chumbo-ácido são seguras, de baixo custo e fáceis de recarregar e reciclar. A bateria consiste em dois eletrodos imersos em um eletrólito de ácido sulfúrico. O eletrodo positivo é feito de óxido metálico de chumbo, enquanto o eletrodo negativo é feito de chumbo metálico.

As baterias de chumbo-ácido são divididas em dois tipos: baterias de chumbo-ácido inundadas e baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula (VRLA) livres de manutenção. As baterias de chumbo-ácido inundadas têm um custo relativamente baixo, mas requerem muita manutenção e ventilação em comparação com as baterias VRLA sem manutenção. As baterias AGM são um tipo de bateria VRLA com separador de fibra de vidro contendo eletrólito de ácido sulfúrico, que pode ser operada em qualquer posição e sem risco de vazamento de eletrólito, mesmo que obateriacaso está perfurado.

Baterias de chumbo-ácido são mais comumente usadas em sistemas start-stop em automóveis devido ao seu baixo custo e capacidade de gerar altas correntes por um curto período de tempo e ao uso de carregamento por geradores CA no veículo. Para outros usos, as baterias de chumbo-ácido apresentam alguns desafios, incluindo um ciclo de vida relativamente baixo e baixa densidade de energia devido ao seu grande peso (feitas de chumbo).

Embora as baterias de chumbo-ácido estejam no segundo centenário, elas ainda desempenham um papel vital no século 21, especialmente em ambientes industriais. Reunimos 9 aplicações para baterias de chumbo-ácido, que você pode se surpreender.

Bateria de chumbo-ácido para partida de veículos (SLI)

As baterias de chumbo-ácido são usadas principalmente na partida de veículos. Esta aplicação é chamada de Partida, Iluminação e Ignição (SLI). As baterias de chumbo-ácido podem gerar altas correntes necessárias para fazer funcionar um motor de combustão interna (ICE) frio.

A bateria de chumbo-ácido de 12 V pode fornecer energia para partida de veículos, iluminação, visualização de medidores, rádio, controle de ar frio, etc. O desenvolvimento do transporte elétrico pode eventualmente levar à redução de veículos com motor de combustão interna, porém, a produção de gasolina e diesel de baixo custo carros movidos a energia na Índia e na Ásia manterão uma alta exigência de ácido-chumbo SLIbateriasnas próximas décadas.

As baterias de chumbo-ácido podem ser carregadas com geradores CA no veículo e poucos dispositivos eletrônicos, enquanto as baterias de íon-lítio devem ser cuidadosamente monitoradas por eletrônicos sofisticados durante o carregamento para evitar fuga térmica devido à sobrecarga.

Ainda existe uma grande quantidade de baterias de chumbo-ácido SLI que não estão sendo recicladas e o metal de chumbo contido nas baterias causará poluição ambiental, neste caso, o governo emitiu uma série de políticas regulatórias e incentivos fiscais para avançar na reciclagem de chumbo-ácido baterias, com taxa de reciclagem de até 95%, outro fator vital para o uso constante de baterias de chumbo-ácido.

Bateria de chumbo-ácido para empilhadeira

As empilhadeiras movidas a bateria substituíram em grande parte aquelas movidas a gás natural. Você pode dirigir empilhadeiras elétricas em edifícios ou espaços fechados sem medo da acumulação de vapores tóxicos e monóxido de carbono, o que é prejudicial à saúde humana.

A empilhadeira é um aplicativo móvel onde o peso das baterias de chumbo-ácido vai ajudar. A bateria de chumbo-ácido geralmente é colocada em uma posição mais baixa para ajudar no equilíbrio, especialmente quando o elevador de empilhadeira precisa colocar os produtos em uma posição mais alta. A substituição de baterias de chumbo-ácido por baterias mais leves (por exemplo, baterias de íons de lítio) pode exigir lastreamento da empilhadeira para manter a operação segura.

Empilhadeiras, como uma parte significativa da indústria de manuseio de materiais, produtividade e baixo custo são considerações importantes, para isso, as baterias de chumbo-ácido continuariam a assumir a liderança em aplicações de empilhadeiras.

Fonte de alimentação de emergência para data center

Os gigantes da Internet como Amazon, Facebook e Google dependem de sistemas de dados para continuarem funcionando. Quando houver uma queda repentina de energia ou uma breve interrupção no fornecimento de energia, o Sistema de Energia Ininterrupta (UPS) será ativado para manter os data centers online. As baterias recarregáveis ​​funcionarão como energia reserva para suporte a qualquer momento.

Tradicionalmente falando, pelas vantagens de baixo custo e baixos requisitos técnicos de carregamento, as baterias de chumbo-ácido são a primeira escolha para um sistema de espera de longo prazo. O peso da bateria de chumbo-ácido não é mais um fator vital nesta aplicação porque a bateria está sempre em estado estático durante toda a sua vida útil.

As baterias de íons de lítio já estão substituindo as baterias de chumbo-ácido em certas aplicações de data centers. Além de terem uma vida útil mais longa (as baterias de íon-lítio têm cerca de 1.000 ciclos de vida em comparação com 300 a 400 para baterias de chumbo-ácido), as baterias de íon-lítio podem suportar a mesma quantidade de energia que as baterias de chumbo-ácido, em um espaço menor. , o que será uma consideração importante quando a área ocupada do data center for cara. A bateria de chumbo-ácido, entretanto, não desaparecerá tão cedo, pois ainda apresenta uma vantagem econômica.

Torre de sinal/serviço 5G

Os telefones celulares se tornaram um aparelho indispensável na vida moderna. Se houver falha de energia, a torre de sinalização deverá ter energia de reserva para o funcionamento normal do telefone celular. A energia de reserva vem na forma de baterias de reserva e, às vezes, de um gerador de energia auxiliar, que pode manter o serviço telefônico por várias horas, mesmo se a rede elétrica falhar.

O custo relativamente baixo e os baixos requisitos de manutenção das baterias de chumbo-ácido tornam-nas a escolha preferida para torres de sinalização como energia de reserva.

Os serviços 5G estão empenhados em inovar em diferentes campos, desde a telemedicina até à condução automática de automóveis, e é provável que as necessidades de energia aumentem. Em comparação com as baterias de chumbo-ácido, as baterias de íon-lítio de pequeno porte podem fornecer mais energia no mesmo espaço. A expansão da indústria de telecomunicações nos EUA, no Brasil, na Índia e em Hong Kong exige sistemas de fornecimento de energia ininterruptos, e resta saber se as baterias de iões de lítio começarão a substituir as baterias de chumbo-ácido nestas aplicações.

Armazenamento de energia renovável

Dispositivos de geração de energia com energia renovável estão crescendo mais rapidamente na América. A energia renovável intermitente, como a energia eólica e a energia solar, será armazenada no sistema de armazenamento de energia e liberada quando necessário.

As baterias de chumbo-ácido de baixo custo desempenham novamente o seu papel porque as baterias eletroquímicas se tornaram uma opção popular para armazenar energia renovável para uso doméstico e industrial em escala de rede. As baterias de chumbo-ácido são frequentemente utilizadas em aplicações fora da rede, como microrredes independentes, especialmente onde os custos iniciais podem ser uma barreira.

Submarinos nucleares movidos a diesel

Se você assistiu a alguns filmes sobre submarinos movidos a diesel da Segunda Guerra Mundial, entenderá a importância das baterias para eles. Num filme de Hollywood, a capacidade de um submarino operar debaixo de água e regressar à superfície deve muito a um grande número de baterias de chumbo-ácido que requerem a atenção constante de quase toda a tripulação.

A frota submarina dos EUA cresceu e cresceu durante a Segunda Guerra Mundial, com 263 submarinos realizando patrulhas de guerra. O submarino dos EUA possui duas baterias, uma delas composta por 126 baterias de chumbo-ácido. O carregamento pode ser feito na superfície da água ou em um motor diesel que respire debaixo d'água por meio de um sistema de ventilação.

A manutenção de rotina consistia em abastecer as baterias com água destilada de um grande tanque próximo à sala de baterias. Tal como acontece com os submarinos anteriores, as baterias foram colocadas numa posição mais baixa para manter a estabilidade do submarino.

Em 1954, tudo mudou para o submarino com o lançamento do USS Nautilus, movido a energia nuclear. Com turbinas a vapor e muita eletricidade para purificar a água e o ar, os submarinos nucleares podem permanecer submersos durante meses seguidos e viajar grandes distâncias em alta velocidade. Curiosamente, os submarinos nucleares ainda carregam baterias de chumbo-ácido para operar e retornar à superfície da água em caso de problemas com reatores e geradores nucleares.

O uso de baterias de chumbo-ácido resistentes não apenas fornece energia de reserva para submarinos nucleares, mas também mantém o equilíbrio. Isso ocorre porque o ar dentro do submarino fornece flutuabilidade, e a grande quantidade de chumbo contida nas baterias de chumbo-ácido ajuda a arrastar o submarino para baixo da água durante um mergulho. Baterias mais leves podem ser usadas, mas os submarinos ainda podem precisar de lastro de chumbo para ajudar a manter sua flutuabilidade neutra debaixo d’água.

Fonte de alimentação de emergência para hospitais

Os hospitais são infraestruturas complexas que requerem um fornecimento de energia constante, estável e confiável. Qualquer breve falha de energia pode resultar na perda de dados do paciente e na interrupção do equipamento médico de resgate, monitoramento, iluminação de emergência, sinalização de saída de segurança e sistemas de segurança.

A maioria dos hospitais possui um sistema de bateria reserva para interrupções de energia de curto prazo e um sistema de gerador para interrupções de energia mais longas. Pode levar 10 minutos ou mais para reparar a falha de energia e ativar a energia de reserva.

As baterias de emergência hospitalar ficam em estado de espera na maior parte do tempo. Quando ocorre uma queda de energia, o sistema UPS deve descarregar rapidamente com uma corrente alta até que o gerador possa funcionar corretamente. Quando a energia é restaurada, o sistema de energia ininterrupta continua a carregar a bateria e entra em outro período de espera. Embora as baterias UPS não sejam usadas com frequência, essas baterias geralmente são rápidas e sólidas, o que é adequado para fornecer energia para hospitais.

Requisitos de mudança de pico da rede

A rede deve ter fortes capacidades de geração para fornecer energia confiável e estável durante os períodos de pico. Historicamente, os picos de procura têm sido normalmente satisfeitos por geradores de custos mais elevados que os sistemas de armazenamento de baterias são agora utilizados para satisfazer.

As baterias de chumbo-ácido têm um custo inicial baixo, o que as torna atraentes em picos de carga de energia; entretanto, o ciclo de vida curto e a incapacidade de permanecer descarregado ou profundamente descarregado por longos períodos limitam seu uso em aplicações de sistemas de energia em escala de utilidade pública. As baterias de chumbo-ácido são mais adequadas para alguns serviços da rede que requerem regulação frequente, carga e descarga superficiais.

Em 2012, a East Penn Manufacturing desenvolveu uma superbateria de 3 MW que pode fornecer regulação de frequência e serviços de gerenciamento de demanda por meio de um sistema híbrido de bateria de chumbo-ácido. Quando não fornece serviços adicionais à rede, o sistema de armazenamento de energia pode fornecer serviços de gestão da procura à concessionária de distribuição local.

Baterias de chumbo-ácido para veículos elétricos

As baterias de íons de lítio são a primeira escolha em baterias para motores de tração de veículos elétricos (EV), mas muitos continuam a usar baterias de chumbo-ácido para alimentar sistemas como microprocessadores de sistemas de partida, iluminação, rádios e entretenimento. As baterias de chumbo-ácido de baixa tensão são normalmente carregadas usando um conversor DC-DC que converte a alta tensão (300-600V) da bateria de íons de lítio em uma baixa tensão (12V) que mantém a carga da bateria de chumbo-ácido.

O custo e a simplicidade de operação são os principais impulsionadores do uso de baterias de chumbo-ácido em aplicações de acessórios para veículos elétricos. As baterias de chumbo-ácido são pesadas, com o passar do tempo, os veículos elétricos passam a usar baterias auxiliares de íon-lítio mais leves de 12V ou nenhuma bateria auxiliar, mas alimentam diretamente circuitos de baixa tensão de baterias de chumbo-ácido através de um conversor DC-DC.