Scurtă istorie a bateriilor

Pentru a întelege mai bine tehnologia bateriilor fără întreținere, vom face mai întâi o scurtă incursiune în istoria bateriilor auto.

Bateria a fost inventată de fizicianul francez Gaston Planté, în 1859. Avea două terminale (poli), unul de plumb (anod = electrodul negativ) și celălalt cu dioxid de plumb (catod = electrodul pozitiv). Ambii electrozi erau imersați într-o soluție lichidă de acid de sulfuric diluat, numit electrolit. Marele succes al acestei descoperiri a constat în faptul că această baterie era reîncărcabilă, datorită posibilității reversibilității reacției electrochimice. Totuși, această baterie furniza energie doar pentru o scurtă durată de timp. Conceptul lui Planté a fost îmbunătățit de inginerul chimist francez Camille Alphonse Faure în 1881, prin inventarea unei structuri mai bune a bateriei. El a realizat o placă prin crearea unui grătar de plumb pe care a aplicat o pastă de oxid de plumb. Noul concept a permis integrarea în cadrul bateriei a mai multor plăci de plumb care au fost asamblate în paralel, constituind un grup de plăci. Apoi aceste grupuri se înseriau între ele crescându-se astfel atât tensiunea cât și puterea bateriei.

Primele automobile nu funcționau cu baterii. Motorul era pornit la manivelă, farurile funcționau cu gaz, iar claxonul era un simplu clopoțel acționat manual. Odată cu apariția primelor demaroare electrice, începând cu 1912, s-a dezvoltat și nevoia de baterii auto. În 1918 a fost folosită prima baterie standardizată pe un autovehicul.

Până pe la mijlocul anilor '50 ai secolului trecut, mașinile aveau sistemele electrice de 6V, deci, implicit baterii de 6V. Trecerea de la bateriile de 6V la cele de 12V a devenit o necesitate, deoarece noile modele de mașini aveau motoare mai puternice și, astfel, o nevoie mai mare de putere a bateriei.

Marele pas înainte a fost făcut în 1971, când apare prima generație de baterii fără întreținere produse de Delco-Remy Freedom Battery, denumită și Freedom Battery. De atunci, acest domeniu este într-o permanentă cercetare și dezvoltare, apărând modele de baterii auto din ce în ce mai fiabile din punct de vedere tehnologic.

Δ Ce sunt bateriile fără întreținere?

Ca să înțelegem ce reprezintă sintagma baterii fără întreținere, este necesar să definim mai întâi termenul de întreținere” pentru domeniul bateriilor.

În cazul bateriilor clasice, prin reacția electrochimică ce are loc interiorul bateriei, nivelul electrolitului scădea permanent datorită fenomenul de electroliză (descompunerea în oxigen și hidrogen a apei) și, din acest motiv, era necesară completarea din când în când cu apă distilată a nivelului electrolitului din baterie, pentru funcționarea în parametrii nominali a acesteia, deci, era nevoie de întreținere periodică.

Ce sunt bateriile fără întreținere? – Pe scurt le putem defini ca fiind bateriile care nu necesită completare cu apă distilată.

Bateriile fără întreținere au fost gândite astfel încât să fie eliminată operațiunea de completare cu apă distilată, pentru a fi menținute în stare normală de funcționare.

Caracteristici tehnice ale bateriilor fără întreținere

Majoritatea bateriilor produse astăzi pe piață sunt fie cu întreținere redusă, fie fără întreținere (complet sigilate).

Bateriile cu întreținere redusă, în funcție de modelul constructiv al acestora, se pot completa cu apă distilată astfel:

- prin desfacerea dopurilor montate pe capacul bateriei în dreptul fiecărui element. Acestea pot fi în număr de 6 la bateriile de 12V, sau în număr de 3, la cele de 6V.

- prin scoaterea celor două ansambluri dop dispuse pe capac, fiecare din cele două acoperind câte 3 celule ale bateriei de 12V,

- prin scoaterea unui capac individual/ansamblu dop care acoperă toate cele 6 elemente ale bateriei.

Totuși, la o baterie cu întreținere redusă este necesar a fi adăugate la intervale de circa 3-6 luni cantități mici de apă distilată, comparativ cu bateriile tradiționale.

                 ▲ Bateriile sigilate plumb-acid (SLA - Sealed Lead Acid) au următoarele caracteristici:

Sunt sigilate

Bateriile fără întreținere înglobează câteva modificări esențiale în comparație cu bateriile clasice, iar cea mai importantă este aceea că sunt sigilate, adică etanșe, nefiind nici necesară, dar nici posibilă scoaterea capacului general sau a ansambluri dop pentru completarea cu apă distilată.

Au supape de evacuare

Bateriile fără întreținere au supape de evacuare a gazelor produse în interiorul bateriei în cazul apariției unei supraîncărcări.

Bateriile etanșe au avantajul atât al unui volum mai mic al electrolitului comparativ cu cele clasice, cât și capacitatea de recombinare a gazelor, respectiv a hidrogenulului și oxigenului, pentru a reveni la starea lichidă în interiorul fiecărui element, în timpul ciclurilor de încarcare-descărcare. În timpul acestui proces de recombinare se pot acumula gaze în interior care pot fi eliminate în siguranță prin aceste supape (valve regulatoare). În plus, în dreptul acestor supape sunt montați arestori de flacără care, ajută la eliminarea pericolului de explozie a bateriei.

Pe lângă avantajul de a fi fără întreținere, aceste baterii au putere de pornire mai mare, durata de viață mai lungă și, în plus, a fost eliminat pericolul scurgerilor de electrolit.

Tipuri de baterii auto fără întreținere

Baterii cu electrolit lichid (SLI - starting, lighting, ignition = pornire, iluminare, aprindere)

Acestea sunt bateriile la care electrolitul este în stare lichidă. De-a lungul timpului, au avut loc permanent inovații pentru eliminarea oricărei activității de întreținere a bateriei.

Plumbul din structura grătarelor fiind un metal neferos, foarte moale, n-ar putea susține masa activă care se aplică pe acestea. Astfel, s-au dezvoltat noi tehnologii de producere a aliajelor de plumb, prin adăugarea diverselor metale neferoase, precum antimoniu (stibiu), calciu, seleniu, cu scopul creșterii rezistenței mecanice prin durificarea grătarelor, dar și staniu sau argint, pentru îmbunătățirea proprietăților electrice (respectiv a conductivității electrice), ale acestora.

De la descoperirea acestui tip de aliaj Pb-Sb, în care elementul de creștere a durificării plăcii era antimoniu (stibiul), timp de zece ani acesta a fost singurul metal neferos de aliere utilizat. Ulterior s-a constatat că antimoniul din componența grătarului determina atât creșterea consumului de apă, cât și a fenomenului de corodare a grătarului în timp, în prezența electrolitului (adică a acidului sulfuric).

Reducerea procentului de stibiu din componența grătarului până la maxim 3%, a făcut posibilă apariția bateriilor cu întreținere redusă, iar ulterior a celor fără întreținere, datorită înlocuirii complete a stibiului, fie cu calciu, fie cu seleniu.

Această nouă formulă de aliaj Pb-Ca sau Pb-Se, a avut drept consecință imediată reducerea cantității de gaze care se formează atât în timpul funcționării cât și în cel al (re)încărcării, având drept consecință reducerea căldurii interne a bateriei, ceea ce a condus la creșterea duratei de viață a acesteia.

În plus, eliminarea antimoniului a mai adus alte două beneficii majore și anume: a redus pericolul de apariție a coroziunii terminalelor și, de asemenea, a determinat creșterea conductivității și, prin aceasta, o îmbunătățire a performanțelor de pornire cu peste 20% comparativ cu bateria tradițională.

Coroziunea apărea foarte des la grătarele bateriilor clasice, iar aceasta determina căderea masei active de pe placă, creșterea rezistenței interne a bateriei și, implicit, diminuarea drastică a duratei de viață a acesteia. S-a constatat că procesul de coroziune era accelerat de temperaturile ridicate. Acest incovenient a fost diminuat, începând cu anii '90, prin adăugarea unei mici cantități de argint (0,01 – 0,03%) în aliajul de plumb.

Staniul adăugat în plăci îmbunătățește performanțele bateriei, mai ales cele ciclice, datorită diminuării coroziunii și creșterii conductivității.

Recent, carbonul a fost inclus în noile tehnologii de construire a bateriilor. Prin adăugarea de carbon la electrodul negativ s-au îmbunătățit performanțele electrochimice ale bateriei.

Baterii cu gel

Prima baterie cu gel a fost inventată în 1934 de către Elektrotechnische Fabrik Sonneberg. Actuala construcție tehnologică, a fost perfectată în 1975 de către producătorul german Sonnenschein.

La acest tip de baterii electrolitul este tot o soluție de acid sulfuric, dar în stare gelificată. Sunt baterii total sigilate, deoarece a dispărut total necesitatea adăugării de apă distilată.

Sunt foarte puțin utilizate în domeniul auto, datorită unor dezavantaje, cum ar fi: temperaturile scăzute diminuează foarte mult capacitatea nominală și, de asemenea, sunt foarte sensibile la temperaturi ridicate (gelul se poate deteriora ireversbil). Prețurile sunt considerabil mai mari.

 Baterii AGM (Absorbed Glass Mat)

Această tehnologie a apărut la începutul anilor '80 și a avut ca precursor tehnologia bateriilor cu gel.

                                

Bateriile AGM au separator microporos din fibră de sticlă ce formează o rețea de tuburi capilare, în care electrolitul este imobilizat, prin fenomenul de capilaritate. Electrolitul este aceeași soluție de acid sulfuric, dar fiind absorbit în separator, determină o creștere a eficienței și stabilității masei active, datorită rigidizării superioare a grupurilor de plăci ale fiecărui element.

De asemenea, s-a obținut o eficiență crescută a masei active printr-o mai bună absorbție a electrolitului la nivelul plăcilor. Astfel, bateriile AGM au o rezistență excelentă la vibrații și la șocuri.

Având rezistența electrică internă mică, bateriile AGM au putere de pornire foarte mare, inclusiv la temperaturi negative, dar și o durată a reîncărcării mult mai mică.

Dacă la bateriile cu electrolit lichid este necesară o reîncărcare la fiecare sașe luni, bateriile AGM pot fi depozitate fără a fi reîncărcate o perioadă ceva mai lungă de timp, datorită autodescărcarii reduse.

Cantitatea de gaze care se formează în timpul exploatării în interiorul bateriilor AGM este mică comparativ cu cele cu electrolit lichid, și, de regulă, acestea se recombină imediat ce se formează în proporție de  aprox. 100%, datorită structurii tuburilor capilare. Dacă totuși, cantitatea de gaze ar depăși nivelul maxim admis în interiorul bateriei, iar presiunea atinge valoarea maximă de 1,7 bar, supapa de siguranță unidirecțională (valvă regulatoare – VRLA = Valve-Regulated Lead-Acid) se va deschide automat și va permite eliberarea gazelor în exces până când presiunea va ajunge la valori cuprinse între 1,3 ÷ 1,7 bar.

Datorită faptului că recombinarea gazelor are loc în interiorul bateriei, este eliminat pericolul scurgerilor de gaze și/sau vapori de acid. De asemenea, manipularea sau curățarea bateriei se va putea face în siguranță.

Comparativ cu bateriile cu electrolit lichid, bateriile auto cu tehnologie AGM au durată de viață în exploatare mai mare.

Bateriile auto cu tehnologie AGM sunt nu doar potrivite, ci și obligatoriu de a fi utilizate pe autovehiculele dotate cu echipamente electronice sofisticate. Ele sunt montate de la prima dotare pe mașinile de lux și la cele cu sistem start-stop, frânare regenerativă și accelerare pasivă. De asemenea, sunt necesare în domenii în care puterea, fiabilitatea sau siguranța oferite de acest tip de baterii sunt primordiale (ambulanțe, mașini de pompieri, bărci cu motor, mașini de poliție etc.)

♦ Baterii EFB (Enhanced Flooded Battery)

Tehnologia EFB a fost gândită ca varianta de mijloc între bateriile cu electrolit lichid tradiționale și bateriile auto AGM.

Așa cum le definește și numele (Enhanced Flooded Battery = Baterii îmbunătățite cu electrolit lichid), sunt baterii cu electrolit lichid, dar cu tehnologie și performanțe superioare comparativ cu clasicele baterii cu electrolit lichid, rezultate din structura lor internă.

                                      baterie EFB 12V 75Ah

Deci, bateriile EFB au la bază tehnologia bateriilor cu electrolit lichid convenționale, dar îmbunătățită.

Bateriile EFB au două caracteristici esențiale: împâslitura din poliester și sistem circulator mecanic al electrolitului, ce face parte din structura internă a monoblocului din polipropilenă copolymer.

Masa activă a plăcilor pozitive este mai densă, iar structura porilor pâslei de poliester optimizată.

Împâslitură de poliester, adăugată în interiorul separatorului din polietilenă tip poșetă, previne căderea masei active de pe placa pozitivă.

De asemenea, performanțele plăcilor negative au fost îmbunătățite prin adăugarea de carbon în structura acestora.

Sistemul ce determină recircularea mecanică a electrolitului în interiorul bateriei previne stratificarea acidului. Acest sistem circulator se bazează pe forța de inerție ce apare la pornirea de pe loc a autovehiculului, pentru a menține electrolitul într-o continuă recirculare.

Performanțele ciclice sunt mai mari, astfel că bateriile EFB pot oferi un număr dublu de porniri ale motorului comparativ cu bateriile lichide standard.

Bateriile EFB prezintă o stabilitate termică bună, ceea ce le face potrivite pentru utilizare în zone cu climă caldă (Orientul Mijlociu sau Africa). De asemenea, au rezistență bună la vibrații.

Datorită omogenizării permanente a densității și prin aceasta a prevenirii fenomenului de stratificare a electrolitului, durata de viață a bateriilor EFB este mai mare.

Reîncărcare este mai rapidă comparativ cu baterile clasice, însă necesită o atenție crescută.

Tehnologia EFB a fost concepută pentru a satisface necesitățile autovehiculelor cu sisteme start-stop de bază. De asemenea, aceste baterii sunt potrivite pentru utilizarea pe autovehicule la care există cerințe speciale – trafic urban, echipamente suplimentare, drumuri denivelate (taxi, mașini de curierat, ride-sharing, vehicule off-road etc.).

Baterii litiu-ion

Acest tip de baterii se folosesc la autovehiculele hibrid și la cele electrice (de tip EV). Au greutate mai mică decât toate celelalte tipuri de baterii de mai sus, stochează o cantitate mare de energie și timpi de încărcare mai mici, sunt mult mai scumpe.

Baterii NiMH (cu hidrură de nichel-metal)

Sunt baterii utilizate la mașinile hibride și la unele modele de mașini electrice. Sunt cele mai scumpe existente pe piață, dau au o durată de viață mai mare decât cele cu litiu și cele plumb-acid.

                ► Avantajele utilizării unei baterii fără întreținere

- se elimină grija verificării nivelului electrolitului și a completării cu apă distilată,

- au rezistență sporită la coroziune,

- fiind sigilate, nu există pericolul de scurgeri de electrolit (toxic),

- performanțe la pornire mai bune,

- au durata de viață mai mare.

Produs adaugat in pagina de comparare

Acest site web utilizează Cookie-uri. Navigand in continuare iți exprimi acordul asupra folosiri lor. Mai multe informații despre Cookie-uri și dezactivarea acestora găsiți în Politica de utilizare Cookie-uri.