Perché le batterie al piombo acido sono preferibili per i sottomarini?

Secondo l' articolo di Wikipedia , le batterie al piombo-acido sono usate per far funzionare i motori di propulsione sottomarini. I sottomarini sono usati dai militari e i militari possono permettersi giocattoli molto costosi. Le batterie al piombo-acido sono più economiche, ma hanno una densità energetica molto peggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio ( ecco una tabella con le caratteristiche e la densità energetica è un fattore molto importante per una batteria sottomarina - c'è così poco spazio extra che anche le persone più alte di certe l'altezza non è selezionata per servire sui sottomarini.

Cosa c'è di così buono nelle batterie al piombo che sono preferibili per i sottomarini anche con la loro bassa densità energetica?

A differenza delle navi di superficie, i sottomarini devono poter affondare. Ogni metro cubo di spazio aereo in un sottomarino deve essere controbilanciato di quasi 60 kg di peso affinché una nave possa sommergersi, e molti sottomarini hanno una notevole quantità di zavorra a tale scopo. Le batterie al piombo acido hanno molta meno energia per unità di massa rispetto alle batterie a base di litio, ma la loro energia per unità di volume è abbastanza rispettabile (nb: qualcosa sembra un po 'strano con quella tabella di Wikipedia; le batterie al piombo acido pesano molto più di LiIon per unità di volume che la differenza di densità volumetrica di energia dovrebbe essere molto inferiore alla differenza di densità di energia di massa). Se uno dovesse sostituire le batterie in un sub con batterie magiche che immagazzinavano la stessa energia e occupavano lo stesso spazio, ma non pesavano quasi nulla, sarebbe necessario aggiungere la zavorra per compensare la perdita di peso (riducendo il volume disponibile per altri scopi). Può darsi che su alcuni sottomarini diesel le batterie abbiano un peso più che ideale, e quindi il peso delle batterie è stato un fattore limitante (piuttosto che di volume), ma i sottomarini nucleari hanno requisiti di energia della batteria immagazzinata molto più piccoli rispetto ai diesel.

Inoltre, le batterie al piombo acido hanno una storia più comprovata di non andare in fiamme rispetto alle batterie agli ioni di litio. Un sottomarino non è un buon posto per avere cose che possono prendere fuoco in modo spettacolare.

Le batterie al piombo sono in circolazione da molto più tempo della maggior parte delle alternative: non c'erano batterie al litio quando i sottomarini si affidavano così pesantemente alle batterie.

Ma le batterie al piombo acido tollerano abbastanza bene l'abuso.

L'articolo di Wikipedia sul primo sottomarino della Royal Navy, HMS Holland, lo illustra.

Costruito nel 1902, HMS Holland affondò nel 1913 mentre era rimorchiato per essere demolito, e fu sollevato quasi 70 anni dopo, nel 1982. Come osserva l'articolo ...

Vale la pena notare che la banca originale di batterie, recuperata con il relitto, è stata fornita per i test al produttore originale, Chloride Industrial Batteries Ltd con sede a Swinton, Greater Manchester. Dopo la pulizia iniziale, le batterie al piombo sono state ricaricate e sono risultate in buone condizioni.

Abbastanza impressionante, IMO.

Mio marito ha prestato servizio su sottotitoli RN ed è stato costretto a ritirarsi dopo una perdita, sono sorprendentemente comuni, ha visto l'acqua di mare entrare nel vano batteria, sul fondo del sottosuolo, come hai indovinato e con solo la stanza dei gattonati, che ha rilasciato gas di cloro. Il risultato è stato se stesso e il CPO che hanno entrambi terminato la propria carriera lavorativa definitivamente dopo aver affrontato la perdita. Le batterie agli ioni di litio hanno tuttavia una tendenza allarmante alla combustione, specialmente con una scossa improvvisa, quindi i tentativi di alcuni dei sub-costruttori più avanzati come i giapponesi, sembrano, provati e lasciati cadere come pietra.

Quando affiorhi in un sottomarino diesel e accendi i diesel tre cose più importanti da fare:

1. Pubblica un belvedere o 3

2. Pompare i serbatoi d'aria ad alta pressione.

3. Carica velocemente le tue batterie

L'acido di piombo prenderà questa punizione (con gas). Il litio esplode

Se non vieni saltato, la carica del galleggiante è OK. Ora è possibile ricaricare le batterie al litio per oltre 6 ore. A quel punto, la luce del giorno sta arrivando. Tuffo. Puoi quindi inviare un ragazzo con ustioni da acido sui suoi vestiti, per ricaricare le batterie al piombo con acqua distillata. Non posso fare una cosa dannata con il litio, tranne sostituire una cellula dud

Le batterie agli ioni di litio sono superiori in termini di densità di energia, ma come le batterie al piombo (pericolo di cloro e idrogeno) hanno problemi.

La fuga termica nella maggior parte dei casi è stata contenuta dall'alloggiamento dello stack e dal sistema di gestione della batteria, ma i gas emessi durante lo scioglimento delle celle sono apparentemente molto tossici.

Buone risposte qui. Ecco alcuni altri punti da masticare.

Le batterie dei sottomarini sono cablate in un array o in serie connessioni parallele. Con la robustezza delle batterie al piombo non è particolarmente problematico.

Tuttavia, con batterie più moderne che sono molto più sensibili agli effetti della temperatura, specialmente durante la carica, diventa sempre più difficile far funzionare l'intero array in sicurezza quando si aumentano le dimensioni dell'array. Ogni batteria deve essere monitorata singolarmente durante la ricarica. Ciò riduce significativamente l'affidabilità dell'insieme.

Inoltre, una batteria guasta nell'array può essere rapidamente portata in una condizione pericolosa dalle batterie rimanenti. Devono essere messe in atto misure speciali ed efficaci per farvi fronte. Ancora una volta, va giù l'affidabilità.

La densità di energia, sebbene apparentemente una buona cosa, è anche "un'arma a doppio taglio". Se riesci a ottenere tutta la tua potenza da qualcosa delle dimensioni di un bagagliaio rispetto a una stanza per gli acidi di piombo, va bene. Tuttavia, ora devi estrarre e sbarazzarti del calore generato in quel pacco batteria. Essere molto più denso significa che hai una superficie molto inferiore e questo rende una proposta più difficile.

Un'altra cosa. Uno dei criteri di qualsiasi cosa militare è la manutenzione. Le batterie al piombo acido sono ovunque. Se necessario, un sotto-equipaggio può scaricare alcune batterie dagli autocarri e simili per effettuare una rapida riparazione e rimettersi in mare. Trovare batterie esotiche in qualche atollo in mezzo al nulla ... non è così probabile.

Per quanto riguarda il rilascio di gas cloro. Sì, questo può essere un problema con le batterie al piombo acido ma è un piccolo rischio rispetto alla reazione a catena dell'esplosione di batterie ad alta tecnologia. Il compartimento della batteria può essere sigillato a gas, l'equipaggio è addestrato all'uso di maschere antigas e i sensori di fuga di gas forniscono molti avvisi per consentire al comandante di eseguire una procedura di superficie di emergenza se ritiene che sia più sicuro dell'alternativa. Sì, è roba cattiva, ma di tutti i rischi che subiscono i nostri intrepidi sommergibili, è uno dei meno probabili per influenzarli / ucciderli.

La densità di energia non è l'unica misura delle prestazioni. Le batterie al piombo acido hanno una buona capacità di fornire un'enorme corrente senza influenzare così tanto la tensione. Ciò è importante nelle apparecchiature rotanti (come la propulsione) e in molti altri dispositivi elettrici / elettronici.
L'altro vantaggio è ovvio ... dove molte industrie stanno cercando di creare batterie leggere, un sottomarino ha bisogno di un'enorme quantità di alimentatore fisso per immergersi, e le batterie al piombo acido sono un gioco da ragazzi da quella prospettiva.