Formação de baterias chumbo-ácido

Uma etapa importante no processo de produção que muitas vezes é negligênciada

As baterias chumbo-ácido são conhecidas por sua robustez, onde mesmo que produzidas sob condições não ideais, as mesmas funcionam e apresentam uma eficiência relativamente satisfatória, entretanto, para se extrair o máximo de eficiência das baterias e competir com as grandes marcas, é necessário se atentar aos detalhes.

A formação é uma das últimas etapas no processo de produção de baterias, é nesta etapa onde as baterias ganham vida e começam a fornecer energia.

O processo de formação consiste basicamente em preencher a bateria com eletrólito a aplicar uma carga durante um período suficiente para realizar as conversões dos materiais ativos negativo e positivo, o controle de temperatura durante esse processo é essencial, pois temperaturas elevadas podem deteriorar as baterias e comprometer a sua performance e vida util.

Abaixo estão listadas as principais etapas do processo de formação:

1º Etapa – Enchimento

Nesta etapa a bateria é preenchida com eletrólito a base ácido sulfúrico e água, em concentrações que variam de 1,050g/cm³ até 1,250g/cm³, onde quanto maior a densidade menor a eficiência da formação, uma que vez que quanto maior a densidade menor a solubilidade do sulfato de chumbo.

Utilizar densidades baixas irá aumentar a eficiência, entretanto ao final do processo, será necessário ajustar a densidade de forma a atingir o potencial de cerca de 2,13 Volts por célula.

Em baterias comuns do tipo Flooded, esta etapa é feita de forma simples, apenas dosando a quantidade de eletrólito em cada elemento, porém em baterias reguladas por válvula VRLA, é necessário criar vácuo dentro dos elementos para que estes absorvam o volume de eletrólito correto.

2º Etapa – Soaking

Nesta etapa as baterias são deixadas em repouso por um período que varia entre 30 minutos e 24 horas, onde o eletrólito irá penetrar nos poros das placas, reagir e sulfatá-las.

3º Formação das placas negativas e positivas

Normalmente a carga é dividida em duas etapas, na primeira forma-se a
placa negativa, nesta etapa a eficiência energética é alta e cerca de 90% da
energia aplicada é consumida pela conversão da massa em material ativo, apenas
10% da energia é gasta em perdas e eletrólise, com isso, pode-se utilizar
correntes mais altas durante este processo, na segunda etapa, forma-se a placa
positiva, porém a eficiência de carga é muito baixa, onde cerca de 20% da
energia aplicada é utilizada para conversão e 80% é gasta em perdas e eletrólise,
com isso a corrente nesta etapa deve ser menor e precisamente calculada de
forma a controlar o potencial e manter a taxa de eletrólise sob controle.

A definição dos valores de corrente em cada etapa, assim como o tempo total de formação estão relacionados com a quantidade de material ativo a ser convertido e a eficiência do sistema de troca de calor.

4º Ajuste de densidade

No caso de formações com densidades baixas, ao final do processo de carga é necessário realizar a troca do eletrólito, a fim de atingir o potencial desejado. Este processo reduz o tempo de formação, entretanto acrescenta complexidade ao processo.

5º Armazenamento

Após a formação, é importante repousar as baterias por um certo período afim de estabilizar o nível de tensão, o tempo de repouso varia de 1 a 7 dias.

Conclusão

O processo de formação é uma etapa complexa e não existe uma receita pronta que atenda a todas as baterias, cada projeto exige um perfil de formação específico, onde a quantidade de material ativo, densidade do eletrólito, assim como as características dos equipamentos devem ser levados em consideração.

Autor: Bruno Santos

Fontes:

https://labatscience.com/processes-during-soaking-and-formation-of-battery-plates-page30.html

PAVLOV, D. (2011) Lead-acid batteries: science and technology. Amsterdam: Elsevier.

https://www.crownbattery.com/news/watering-your-lead-acid-battery-made-easy-the-basics

https://mathscinotes.com/wp-content/uploads/2012/12/lead_acid.pdf