Por que as baterias de chumbo-ácido são preferíveis para submarinos?

Segundo o artigo da Wikipedia , baterias de chumbo-ácido são usadas para acionar motores de propulsão submarinos. Os submarinos são usados ​​pelos militares e os militares podem pagar brinquedos muito caros. As baterias de chumbo-ácido são mais baratas, mas têm densidade de energia muito pior do que as baterias de íon de lítio ( aqui está uma tabela com características e densidade de energia é um fator muito importante para uma bateria submarina - há tão pouco espaço extra que até pessoas mais altas que certas height não está selecionado para servir em submarinos.

O que há de tão bom nas baterias de chumbo-ácido que são preferíveis para os submarinos, mesmo com a menor densidade de energia?

Ao contrário dos navios de superfície, os submarinos precisam ser capazes de afundar. Todo metro cúbico de espaço aéreo em um submarino deve ser contrabalançado em quase 60 libras de peso para que um navio possa submergir, e muitos submarinos têm uma quantidade significativa de lastro para esse fim. As baterias de chumbo-ácido têm muito menos energia por unidade de massa do que as baterias à base de lítio, mas sua energia por unidade de volume é bastante respeitável (nb: algo parece um pouco estranho com a tabela da Wikipedia; as baterias de chumbo-ácido pesam muito mais do que LiIon por unidade de volume que a diferença na densidade de energia volumétrica deve ser muito menor que a diferença na densidade de energia de massa). Se alguém substituísse as baterias de um substituto por baterias mágicas que armazenavam a mesma energia e ocupavam o mesmo espaço, mas pesavam quase nada, seria necessário adicionar lastro para compensar a perda de peso (reduzindo o volume disponível para outros fins). Pode ser que, em alguns subs de diesel, as baterias pesassem mais do que o ideal e, portanto, o peso das baterias fosse um fator limitante (e não de volume), mas os subs nucleares tenham requisitos de energia de bateria armazenada muito menores do que os diesel.

Além disso, as baterias de chumbo-ácido têm um histórico comprovado de não incendiar as chamas do que as baterias de íon-lítio. Um submarino não é um bom lugar para ter coisas que podem pegar fogo espetacularmente.

As baterias de chumbo-ácido existem há muito mais tempo do que a maioria das alternativas - não havia baterias de lítio quando os submarinos dependiam tanto das baterias.

Mas as baterias de chumbo-ácido também toleram muito bem o abuso.

O artigo da Wikipedia sobre o primeiro submarino da Marinha Real, o HMS Holland, ilustra isso.

Construída em 1902, a HMS Holland afundou em 1913, sendo rebocada e foi criada quase 70 anos depois, em 1982. Como o artigo ...

Vale ressaltar que o banco original de baterias, recuperado com os destroços, foi fornecido para testes ao fabricante original, a Chloride Industrial Batteries Ltd, com sede em Swinton, Greater Manchester. Após a limpeza inicial, as baterias de chumbo foram recarregadas e encontradas em boas condições de funcionamento.

Impressionante, IMO.

Meu marido serviu nos submarinos do RN e foi forçado a se aposentar após um vazamento, que é surpreendentemente comum, viu a água do mar entrar no compartimento da bateria, na parte inferior do submarino, como você adivinhou e com apenas espaço para engatinhar, que liberava gás cloro. O resultado foi ele próprio e o CPO, ambos tendo suas carreiras concluídas permanentemente após lidar com o vazamento. As baterias de íon de lítio, no entanto, têm uma tendência alarmante de queimar, especialmente com um choque repentino, portanto, as tentativas de alguns dos construtores mais avançados, como os japoneses, pareciam, testavam e caíam como pedra.

Quando você surge em um submarino a diesel e aciona os motores diesel, três coisas mais importantes a fazer:

1. Poste uma vigia ou 3

2. Bombeie seus tanques de ar de alta pressão.

3. Carregue rapidamente suas baterias

O ácido chumbo aceita esta punição (com gaseamento). O lítio explode

Se você não for pego, a taxa de flutuação está OK. Agora você pode recarregar as baterias de lítio por mais de 6 horas. Até então, a luz do dia está chegando. Mergulho. Você pode enviar um cara com queimaduras ácidas em suas roupas, para encher as baterias de chumbo-ácido com água destilada. Não é possível fazer nada com lítio, exceto substituir uma célula defeituosa

As baterias de íon de lítio são superiores em termos de densidade de energia, mas, como as baterias de chumbo-ácido (risco de cloro e gás hidrogênio), elas têm problemas.

A fuga térmica principal foi contida pelo alojamento da pilha e pelo sistema de gerenciamento de bateria, mas os gases emitidos durante o derretimento das células são aparentemente muito tóxicos.

Boas respostas aqui. Aqui estão mais alguns pontos para mastigar.

As baterias nos submarinos são conectadas em uma matriz ou em conexões paralelas em série. Com a robustez das baterias de chumbo-ácido, isso não é particularmente problemático.

No entanto, com baterias mais modernas que são muito mais sensíveis aos efeitos da temperatura, especialmente durante o carregamento, torna-se cada vez mais difícil fazer com que toda a matriz opere com segurança à medida que aumenta o tamanho da matriz. Cada bateria precisa ser monitorada individualmente durante o carregamento. Isso diminui significativamente a confiabilidade do todo.

Além disso, uma bateria com falha na matriz pode ser rapidamente levada a uma condição perigosa pelas baterias restantes. Medidas especiais precisam ser implementadas e eficazes para lidar com isso. Mais uma vez, a confiabilidade diminui.

A densidade de energia, embora aparentemente seja uma coisa boa, também é "uma espada de dois gumes". Se você obtém toda a sua energia a partir de algo do tamanho de um porta-malas em comparação com uma sala para ácidos de chumbo, tudo está bem. No entanto, agora você precisa extrair e livrar-se do calor que é gerado nessa bateria. Ser muito mais denso significa que você tem muito menos área de superfície e isso torna a proposta mais difícil.

Mais uma coisa. Um dos critérios de qualquer coisa militar é a manutenção. Baterias de chumbo-ácido estão por toda parte. Se necessário, uma sub-equipe pode pegar algumas baterias de caminhões e similares para fazer um reparo rápido e voltar ao mar. Encontrar baterias exóticas em algum atol no meio do nada .. não é tão provável.

Quanto à liberação de gás de cloro. Sim, isso pode ser um problema com as baterias de chumbo-ácido, mas é um risco pequeno comparado à reação em cadeia de uma explosão de baterias de alta tecnologia. O compartimento da bateria pode ser vedado a gás, a tripulação é treinada no uso de máscaras de gás e os sensores de vazamento de gás dão bastante aviso para permitir que o comandante execute um procedimento de emergência na superfície, se considerar mais seguro que a alternativa. Sim, são coisas desagradáveis, mas, de todos os riscos que nossos intrépidos submarinos enfrentam, é um dos menos propensos a afetá-los / matá-los.

A densidade de energia não é a única medida de desempenho. As baterias de chumbo-ácido têm uma boa capacidade de fornecer uma corrente enorme sem afetar muito a tensão. Isso é importante em equipamentos rotativos (como propulsão) e em muitos outros dispositivos elétricos / eletrônicos.
A outra vantagem é óbvia ... onde muitas indústrias buscam criar baterias leves, um submarino precisa de uma quantidade enorme de lastro fixo para submergir, e as baterias de chumbo-ácido são um acéfalo dessa perspectiva.