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Solución:
Las respuestas proporcionadas hasta ahora son un poco de luz sobre la mecánica real que justifica el equilibrio en las químicas de litio y no en otras.
Ante todo; Todas las químicas de las baterías se benefician enormemente de un equilibrio adecuado. Los equilibradores se utilizan en baterías de níquel cadmio de naves espaciales, ciertos tipos de baterías de plomo ácido (baja descarga), etc. Todas las químicas de las baterías son solo una cierta reacción química dominante de reducción-oxidación que ocurre entre ciertas energías de Gibbs (o potenciales Redox si tiene en cuenta las reacciones del ánodo y el cátodo), por lo tanto, entre un cierto nivel de voltaje más bajo y más alto. Por encima o por debajo de este rango ‘ideal’ de voltajes, pueden ocurrir otras reacciones, o de lo contrario, las reacciones minoritarias se vuelven dominantes.
Estas otras reacciones a menudo no son reversibles, por lo que reducen la cantidad de material de ánodo y cátodo “útil”, reduciendo la capacidad. A veces, tales reacciones no deseadas son aún más dramáticas, creando compuestos que corroen los electrodos, degradan el electrolito o provocan la formación de sustancias químicas tóxicas/explosivas.
Ahora bien, estas reacciones peligrosas son la razón principal por la que las químicas de litio realmente requieren circuitos de seguridad. Tanto en la sobrecarga como en la sobredescarga, dependiendo del electrolito utilizado, se forma una mezcla de gases explosiva. Más importante aún, cuando el ánodo se calienta demasiado (alrededor de 125 °C), comienza una reacción exotérmica que se acelera y consume la mayor parte de la energía almacenada en la batería (fuga térmica). Esto a menudo es causado por el autocalentamiento cuando se trata de grandes corrientes de descarga, o con reacciones no deseadas causadas por sobrecarga. Como las baterías de química de litio tienen densidades de energía de más de un orden de magnitud más que las químicas de níquel y plomo, es decir, mucha energía en un lugar pequeño, esto puede causar un gran auge. Especialmente cuando se combina con una atmósfera explosiva de hidrógeno y oxígeno.
¡Sin embargo, otras químicas tienen el mismo problema! Las baterías de plomo ácido de celda húmeda son muy conocidas por producir gas hidrógeno, incluso en uso “normal”, pero sobre todo cuando se abusa de las celdas. Las celdas de plomo ácido también pueden entrar en fuga térmica cuando el ácido sulfúrico está lo suficientemente concentrado. Sin embargo, debido a la densidad de energía relativamente baja y la alta capacidad térmica de las placas, así como a la alta temperatura a la que se activa la fuga térmica en comparación con el ion de litio, este no es un riesgo que deba abordarse en la mayoría de las situaciones. Y lo mismo ocurre con las químicas de níquel, que a menudo vienen con equilibradores en aplicaciones de alta corriente (por ejemplo, automóviles RC), o su batería solo durará de 10 a 50 cargas.
Luego está la pregunta práctica: ¿puede simplemente poner muchas celdas en serie y pretender que es una gran celda de alto voltaje? Sí, puedes, pero la duración de la batería será horrible. Cualquier desajuste de celdas en su pila de 12 celdas se verá exacerbado en cada ciclo de carga y descarga, y después de un par de decenas o tal vez 100 ciclos de carga, tendrá una batería descargada. Incluso puede causar un peligro para la seguridad. Por tanto, tanto por su seguridad como por el uso óptimo de las baterías, se recomienda encarecidamente utilizar una gestión de carga equilibrada.
Las baterías de plomo ácido están bien con una cierta corriente de carga flotante para siempre. Las baterías de litio se dañarían de esa manera. Cuando una batería de litio está llena, intentar cargarla más causará daños. Por el contrario, en un automóvil, la batería de plomo-ácido de “12 V” generalmente se carga con un voltaje fijo de aproximadamente 13,6 V. A ese voltaje, tomará una pequeña cantidad de corriente de carga incluso cuando esté llena, pero a diferencia de una batería de litio, esto no hace daño a la batería de plomo-ácido.
Las celdas varían de una batería a otra más que el desajuste de múltiples celdas en la misma construcción. Por lo tanto, el ácido de plomo de 6 celdas se trata como uno. Dado que el envejecimiento y la capacidad de la unidad se aceleran cuando la celda más débil se agota primero, es más crítico con el litio optimizar la combinación para mejorar la capacidad general y evitar la sobrecarga de la celda más débil. Se necesita una abrazadera zener activa en cada celda para evitar la sobrecarga.
Sin embargo, las baterías de plomo ácido fallarán en 1 celda primero con más frecuencia que todas se degradarán de la misma manera, pero la rentabilidad no garantiza este costo adicional para prolongar la vida útil.
Además, dado que el autocalentamiento acelera el envejecimiento en litio, prefieren la carga y el corte rápidos en lugar de la carga rápida y la carga CV de 14,2 de ácido de plomo para la flotación. Los SLA son similares pero de menor voltaje y también compensan la temperatura.
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