CONCEITOS DE BATERIAS VRLA HIBRIDAS

O objetivo deste artigo é introduzir conceitos básicos sobre a tecnologia de bateria VRLA Hibrida AGM-GEL. As baterias VRLA são produzidas com duas diferentes tecnologias. Com tecnologia Absorbed Glass Mart (AGM) que tem baixa resistência interna e a tecnologia GEL que tem melhor estabilidade térmica e melhor desempenho frente à ciclagem. Num processo hibrido podemos chegar a AGM-GEL que combina o eletrólito gel com separadores AGM, com isso é possível obter um produto associando às vantagens de ambas as tecnologias.

Francisco Franco é engenheiro, com 48 anos de experiência em projetos,

produção e processos de fabricação de baterias industriais chumbo-ácido e

alcalinas. Trabalhou nas maiores empresas do país, onde ocupou cargos de

diretoria e gerência ligados diretamente a engenharia, qualidade e produção.

Atualmente atua como consultor técnico para áreas de projetos, engenharia,

processos e produção de baterias tracionarias e estacionárias industriais.

1. INTRODUÇÃO

O objetivo deste artigo é introduzir conceitos básicos sobre a tecnologia de bateria VRLA Hibrida AGM-GEL.

As baterias VRLA são produzidas com duas diferentes tecnologias. Com tecnologia Absorbed Glass Mart (AGM) que tem baixa resistência interna e a tecnologia GEL que tem

melhor estabilidade térmica e melhor desempenho frente à ciclagem. Num processo hibrido podemos chegar a AGM-GEL que combina o eletrólito gel com

separadores AGM, com isso é possível obter um produto associando às vantagens de ambas as tecnologias.

2. CARACTERÍSTICAS DE CADA TECNOLOGIA

As baterias AGM tem baixa resistência interna devido as característica de sua construção que incorpora separadores de baixa resistência elétrica, portanto são as preferidas para alta

intensidade de corrente em curto espaço de tempo. Isso a faz ideal para aplicações de UPS, onde a autonomia é tipicamente menor que uma hora.

As baterias GEL tem bom desempenho quanto à ciclagem e são preferidas para aplicações onde se requer significante quantidade de ciclos. Entretanto, o separador (resina fenólica,

pvc, polímero micro poroso, etc.) aumenta consideravelmente a resistência interna, por isso são limitadas a aplicações de média e longa intensidade de corrente de descarga e não são

usualmente dimensionadas para altas intensidades.

Para uma capacidade equivalente é possível afirmar que uma bateria GEL é fisicamente maior que uma bateria AGM, porque necessitam maior espaço entre placas para

acomodação do GEL e isso se traduz em maior volume ou diminuição da capacidade.

3. O QUE ENCONTRAMOS NO MERCADO

a) AGM (na concepção original)

b) GEL (na concepção original)

c) AGM/GEL: a verdadeira concepção de uma bateria hibrida, os separadores são

AGM e o eletrólito de enchimento é gel que penetra nos poros do separador, geralmente utiliza-se sílica coloidal para formulação do eletrólito.

Nota: é possível encontrar no mercado outra construção que é uma variação do sistema hibrido, na verdade a bateria é tipicamente AGM e no final do processo acrescenta-se certa

quantidade de eletrólito gel sobre as placas envolvendo toda a célula, uma espécie de encapsulamento que acaba fornecendo maior volume de ácido e melhorando a dissipação

térmica e reduzindo os efeitos do dry-out.

4. O PRODUTO HÍBRIDO

O quadro abaixo dá uma ideia de como é esta junção de ambas as tecnologias e o resultado esperado num produto híbrido.

Dentre as vantagens das baterias AGM-GEL podemos destacar a quantidade extra de água dentro da bateria, que traduz num produto com maior vida. O Dry-out está entre uma das

PRINCIPAIS CAUSAS DE FALHAS E PODE SER MINIMIZADO COM UMA BOA EFICIÊNCIA DE RECOMBINAÇÃO e melhor resistência térmica.

Outra causa que pode ser destacada é a corrosão da grade positiva que também poderá ser minimizada pela redução dos efeitos de altas temperaturas, isso devido a melhor dissipação

térmica de uma bateria AGM-GEL. Sobre a capacidade de uma bateria AGM-GEL: a sílica não participa das reações eletroquímicas, desta forma ela ocupa um certo espaço do ácido sulfúrico, portanto uma redução da capacidade é esperada. Há de se fazer testes para obter gelificação com a menor quantidade de sílica possível e desta forma a redução da capacidade será mínima.

5. DETALHANDO O CONCEITO

O conceito da bateria VRLA Hibrida AGM-GEL é o de unir as vantagens de ambas as tecnologias obtendo como resultado uma bateria “premium”. Como mencionado acima, as

baterias AGM tem menor resistência interna o que as tornam melhores para altas intensidades de descarga, enquanto que as baterias GEL tem excelente ciclabilidade. Em

países, cidades ou localidades com infraestrutura confiável não se faz necessária tal característica de ciclabilidade, assim baterias AGM com uma boa vida em ciclos acaba

sendo suficiente para determinada aplicação. No entanto, se a infraestrutura não for confiável ou segura, será necessário ter uma bateria

com aprimorado o desempenho quanto a ciclos de carga e descarga. A bateria VRLA Hibrida AGM-GEL terá capacidade cíclica de uma bateria gel, sem

necessidade de aumentar o volume da célula. A capacidade extra de dissipação térmica devido à quantidade de água presente no gel coloidal tornam estas baterias mais resistentes

em ambientes com altas temperaturas ou mesmo aqueles com oscilações que saem das condições ideais para condições adversas durante um determinado período.

Um separador AGM possui canais para que aconteça o ciclo do oxigênio, assim como o gel que forma fissuras que permitem que o oxigênio alcance a placa negativa e reaja para

impedir a evolução do hidrogênio e, consequentemente reter a água. O gel mais indicado construção de bateria VRLA Hibrida seria a sílica coloidal, por ser mais

simples e fácil de encontrar.

Como mencionado, a bateria terá sua capacidade reduzida devido à presença da sílica no eletrólito, por esta razão uma quantidade limitada de gel deve ser usada no preparo do

eletrólito. Há de se encontrar uma concentração ideal e isso deve ser feito por experimentos práticos, pois vai depender do design de cada produto. Para se ter uma ideia a adição de 5%

de gel reduziria a capacidade da bateria em cerca de 7%, o que seria inaceitável para qualquer aplicação, portanto montar protótipos e realizar testes é de extrema importância.

O gel coloidal deve ser misturado ao ácido e o enchimento tem que ser necessariamente através de vácuo para garantir o preenchimento de todos os poros do separador AGM e

permeação no material ativo, o volume de eletrólito gel dentro da célula deverá ficar acima dos straps. O enchimento é relativamente fácil, a sílica coloidal e o ácido sulfúrico têm

densidades semelhantes e ambos têm baixa viscosidade. É recomendável que a temperatura do eletrólito gel esteja abaixo de 10 graus C para melhor controle da

temperatura da célula durante o enchimento. A gelificação do eletrólito ocorrerá no final da formação, quando o ácido se torna mais

concentrado. Características de resistência a temperaturas e excelente ciclabilidade, nos relacionam diretamente a certas aplicações como, por exemplo, em sistemas fotovoltaicos. Aplicações externas flutuam em temperatura tanto sazonalmente quanto diariamente. A vida útil da bateria segue a conhecida equação de Arrhenius que indica que as reações têm seus

logaritmos dependentes das temperaturas absolutas ou termodinâmicas. Isso significa simplesmente que altas temperaturas prejudicam mais do que temperaturas baixas a

ajudam.

Assim, 12 horas a 35 graus C e 12 horas a 15 graus C significam uma média de 25 graus em 24 horas, porém a excursão da temperatura por 12 horas no patamar de 35 graus C

provocam um dano considerável na bateria ao longo do tempo. No entanto, a tecnologia de baterias VRLA Hibridas pode evitar tais danos devido a sua maior capacidade de dissipação

de calor pode-se afirmar que no evento acima o dano à bateria poderá ser reduzido à metade.

6. TESTES E PROTÓTIPOS

A maioria dos laboratórios das fábricas tem condições de construir protótipos e realizar testes a partir de baterias AGM existentes em sua linha de produção. Para tanto, basta

providenciar amostras de gel coloidal (Akzo, Cabot, etc.) e aplicar experimentalmente o conceito nas baterias agm de moto ou automotivas.

Assim é possível obter os primeiros resultados para verificação dos ajustes necessários na formulação do gel-ácido, processo de enchimento, tipo de separador, etc.

7. CONCLUSÃO

As baterias VRLA Hibridas AGM-GEL são bastante interessantes no âmbito da confiabilidade e longevidade de um produto chumbo-ácido. Estas baterias podem ser

descarregadas com alta intensidade de corrente em curto espaço de tempo, a maior quantidade de eletrólito permite maior estabilidade térmica, a violabilidade é maior em

relação às baterias AGM padrão, os efeitos da estratificação são reduzidos e tudo isso por ser resumido em uma vida mais longa.

Referências:

O`Sullivan, Thomas – Hybrid Advanced GEL VRLA Batteries - Power Battery Company

Misra, S.S. et al, Intelec 2003 – Yokohama – Japan , pag 19-2

W.B. Brecht and N.F. O'Leary, "Intelec 881", Proc. 10th Int. Telecom. Energy Conf., pp. 35-42, 1988.

US Patent – US 2005/0084762 A1 – Apr.21, 2005 – Frank Vaccaro et al.