Actualités - Technologie et avantages des batteries au plomb-carbone CSPower

Batterie au plomb-carbone CSPower – Technologie et avantages

Avec le progrès de la société, les besoins en stockage d'énergie par batteries dans divers contextes sociaux ne cessent de croître. Ces dernières décennies, de nombreuses technologies de batteries ont connu des avancées considérables, et le développement des batteries au plomb-acide a également rencontré de nombreuses opportunités et défis. Dans ce contexte, scientifiques et ingénieurs ont collaboré pour ajouter du carbone à la couche active négative des batteries au plomb-acide, donnant ainsi naissance à la batterie plomb-carbone, une version améliorée de la batterie au plomb-acide.

Les batteries au plomb-carbone sont une version améliorée des batteries plomb-acide à régulation par soupape. Elles utilisent une cathode en carbone et une anode en plomb. Le carbone de la cathode joue le rôle d'un condensateur, voire d'un « supercondensateur », permettant une charge et une décharge rapides ainsi qu'une durée de vie prolongée lors de la phase de charge initiale.

Pourquoi le marché a-t-il besoin de batteries au plomb-carbone ????

Modes de défaillance des batteries plomb-acide VRLA à plaques plates en cas de cyclage intensif

Les modes de défaillance les plus courants sont :

– Ramollissement ou décollement du matériau actif. Lors de la décharge, l'oxyde de plomb (PbO₂) de la plaque positive se transforme en sulfate de plomb (PbSO₄), puis de nouveau en oxyde de plomb lors de la charge. Des cycles fréquents réduisent la cohésion du matériau de la plaque positive en raison du volume plus important de sulfate de plomb par rapport à celui de l'oxyde de plomb.

– Corrosion de la grille de l'électrode positive. Cette réaction de corrosion s'accélère en fin de charge en raison de la présence nécessaire d'acide sulfurique.

– Sulfatation du matériau actif de la plaque négative. Lors de la décharge, le plomb (Pb) de la plaque négative se transforme en sulfate de plomb (PbSO₄). Si la batterie reste faiblement chargée, les cristaux de sulfate de plomb présents sur la plaque négative croissent et durcissent, formant une couche impénétrable qui ne peut plus être reconvertie en matériau actif. Il en résulte une diminution de la capacité, jusqu'à ce que la batterie devienne inutilisable.

* Il faut du temps pour recharger une batterie au plomb.

Idéalement, une batterie au plomb-acide devrait être chargée à un courant ne dépassant pas 0,2C, et la phase de charge principale devrait durer huit heures. Augmenter le courant et la tension de charge raccourcit le temps de recharge, mais réduit la durée de vie de la batterie en raison de l'élévation de température et de la corrosion plus rapide de la plaque positive due à la tension de charge plus élevée.

* Carbone-plomb : meilleures performances en état de charge partiel, durée de vie prolongée et efficacité accrue en cycle profond

Le remplacement du matériau actif de la plaque négative par un composite de carbone et de plomb réduit potentiellement la sulfatation et améliore l'acceptation de charge de la plaque négative.

Technologie des batteries au plomb-carbone

La plupart des batteries utilisées permettent une charge rapide en une heure ou moins. Même chargées, elles peuvent continuer à fournir de l'énergie, ce qui les rend opérationnelles et prolonge leur durée de vie. Cependant, les batteries au plomb présentaient un inconvénient majeur : leur décharge était très rapide et leur recharge très lente.

La lenteur des batteries au plomb-acide à retrouver leur capacité initiale était due aux résidus de sulfate de plomb qui se déposaient sur leurs électrodes et autres composants internes. Il était donc nécessaire d'égaliser régulièrement la quantité de sulfate présente sur ces surfaces. Cette précipitation de sulfate se produisait à chaque cycle de charge et de décharge, et l'excès d'électrons qui en résultait produisait de l'hydrogène, entraînant une perte d'eau. Ce problème s'aggravait avec le temps, et les résidus de sulfate finissaient par cristalliser, altérant ainsi la capacité de charge des électrodes.

L'électrode positive de la même batterie présente de bons résultats malgré la présence de précipités de sulfate de plomb, ce qui indique clairement que le problème se situe au niveau de l'électrode négative. Pour y remédier, les scientifiques et les fabricants ont opté pour l'ajout de carbone à l'électrode négative (cathode). Cet ajout améliore la capacité de charge de la batterie en éliminant les charges partielles et le vieillissement prématuré dus aux résidus de sulfate de plomb. Grâce au carbone, la batterie se comporte alors comme un « supercondensateur », ce qui lui confère des propriétés lui permettant d'offrir de meilleures performances.

Les batteries plomb-carbone sont une solution idéale pour remplacer les batteries plomb-acide dans des applications telles que les systèmes à arrêts et redémarrages fréquents et les systèmes hybrides légers. Bien que plus lourdes que d'autres types de batteries, elles sont économiques, résistantes aux températures extrêmes et ne nécessitent aucun système de refroidissement. Contrairement aux batteries plomb-acide traditionnelles, elles fonctionnent parfaitement entre 30 et 70 % de leur capacité de charge sans risque de précipitation de sulfates. Les batteries plomb-carbone surpassent les batteries plomb-acide dans la plupart des applications, mais subissent une chute de tension lors de la décharge, comme un supercondensateur.

Construction pourCSPowerBatterie au plomb-carbone à charge rapide et à décharge profonde

Caractéristiques d'une batterie au plomb-carbone à charge rapide et à décharge profonde

l Combiner les caractéristiques d'une batterie au plomb et d'un supercondensateur
Conception de service à cycle de vie long, excellentes performances cycliques du PSoC
l Haute puissance, charge et décharge rapides
Conception unique de grille et de collage de plomb
l Tolérance aux températures extrêmes
l Capable de fonctionner à des températures de -30 °C à -60 °C
l Capacité de récupération après décharge profonde

Avantages de la batterie au plomb-carbone à charge rapide et à décharge profonde

Chaque batterie a un usage spécifique en fonction de ses applications et ne peut être qualifiée de bonne ou de mauvaise de manière générale.

Bien que la batterie au plomb-carbone ne représente pas la technologie la plus récente, elle offre des avantages considérables que même les technologies de batteries plus récentes ne peuvent égaler. Voici quelques-uns de ces avantages :

l Moins de sulfatation en cas de fonctionnement à état de charge partiel.
l Tension de charge plus faible, et donc efficacité accrue et moindre corrosion de la plaque positive.
Et le résultat global est une durée de vie du cycle améliorée.

Des tests ont démontré que nos batteries au plomb-carbone résistent à au moins huit cents cycles à 100 % de profondeur de décharge.

Les tests consistent en une décharge quotidienne à 10,8 V avec I = 0,2 C₂₀, suivie d'un repos d'environ deux heures en état déchargé, puis d'une recharge avec I = 0,2 C₂₀.

l ≥ 1200 cycles à 90 % de profondeur de décharge (décharge à 10,8 V avec I = 0,2 C₂₀, par un repos d'environ deux heures en état déchargé, puis une recharge avec I = 0,2 C₂₀)
l ≥ 2500 cycles à 60 % de profondeur de décharge (décharge pendant trois heures avec I = 0,2C₂₀, immédiatement rechargée à I = 0,2C₂₀)
l ≥ 3700 cycles à 40 % de profondeur de décharge (décharge pendant deux heures avec I = 0,2C₂₀, immédiatement rechargée à I = 0,2C₂₀)
L'effet des dommages thermiques est minime dans les batteries plomb-carbone grâce à leurs propriétés de charge et de décharge. Les cellules individuelles sont très peu exposées aux risques de combustion, d'explosion ou de surchauffe.
Les batteries au plomb-carbone sont parfaitement adaptées aux systèmes connectés au réseau et aux systèmes autonomes. Cette qualité en fait un excellent choix pour les systèmes d'énergie solaire, car elles offrent une capacité de courant de décharge élevée.

batteries au plomb-carboneVSBatteries au plomb étanches, batteries au gel

Les batteries au plomb-carbone fonctionnent mieux à des états de charge partiels (PSOC). Les batteries au plomb classiques fonctionnent de manière optimale et durent plus longtemps si elles suivent un cycle strict de charge complète, décharge complète, puis recharge complète ; elles supportent mal d'être chargées à un état intermédiaire. Les batteries au plomb-carbone fonctionnent mieux dans les plages de charge plus ambiguës.
Les batteries au plomb-carbone utilisent des électrodes négatives à supercondensateur. Elles sont composées d'une électrode positive de type plomb classique et d'une électrode négative à supercondensateur. Cette dernière est essentielle à la longévité des batteries au carbone. Une électrode de type plomb classique subit une réaction chimique au fil des cycles de charge et de décharge. L'électrode négative à supercondensateur réduit la corrosion de l'électrode positive, ce qui prolonge sa durée de vie et, par conséquent, celle des batteries.
Les batteries au plomb-carbone offrent des vitesses de charge/décharge plus rapides. Les batteries au plomb classiques ont des vitesses de charge/décharge maximales comprises entre 5 et 20 % de leur capacité nominale, ce qui signifie que vous pouvez les charger ou les décharger pendant 5 à 20 heures sans risque de dommages à long terme. Les batteries au plomb-carbone, quant à elles, ont une vitesse de charge/décharge théoriquement illimitée.
Les batteries au plomb-carbone ne nécessitent aucun entretien. Elles sont entièrement étanches et ne requièrent aucune maintenance active.
Les batteries au plomb-carbone sont compétitives en termes de prix avec les batteries au gel. Ces dernières restent légèrement moins chères à l'achat, mais les batteries au carbone ne sont que légèrement plus chères. L'écart de prix actuel entre les batteries au gel et au carbone est d'environ 10 à 11 %. Sachant que les batteries au carbone ont une durée de vie supérieure d'environ 30 %, on comprend pourquoi elles représentent un meilleur rapport qualité-prix.