¿Por qué las baterías de plomo-ácido son preferibles para los submarinos?

Según el artículo de Wikipedia , las baterías de plomo y ácido se utilizan para hacer funcionar motores de propulsión submarinos. Los submarinos son utilizados por los militares y los militares pueden pagar juguetes muy caros. Las baterías de plomo-ácido son más baratas, pero tienen una densidad de energía mucho peor que las baterías de iones de litio ( aquí hay una tabla con características y la densidad de energía es un factor muy importante para una batería submarina; hay tan poco espacio adicional que incluso las personas son más altas que ciertas altura no se seleccionan para servir en submarinos.

¿Qué hay de bueno en las baterías de plomo-ácido que son preferibles para los submarinos incluso con su menor densidad de energía?

A diferencia de los buques de superficie, los submarinos deben poder hundirse. Cada pie cúbico de espacio aéreo en un submarino debe ser contrarrestado por casi 60 libras de peso para que una embarcación pueda sumergirse, y muchos submarinos tienen una cantidad significativa de lastre para ese propósito. Las baterías de plomo y ácido tienen mucha menos energía por unidad de masa que las baterías a base de litio, pero su energía por unidad de volumen es bastante respetable (nota: algo parece un poco extraño con esa tabla de Wikipedia; las baterías de plomo y ácido pesan mucho más que LiIon por unidad de volumen que la diferencia en la densidad de energía volumétrica debe ser mucho menor que la diferencia en la densidad de energía en masa). Si uno reemplazara las baterías en un submarino con baterías mágicas que almacenaran la misma energía y ocuparan el mismo espacio, pero no pesaran casi nada, sería necesario agregar lastre para compensar la pérdida de peso (reduciendo el volumen disponible para otros fines). Bien puede ser que en algunos submarinos diesel, las baterías pesaran más de lo ideal, y por lo tanto el peso de las baterías era un factor limitante (en lugar de volumen), pero los submarinos nucleares tienen requisitos de energía de batería almacenada mucho más pequeños que los diesel.

Además, las baterías de plomo ácido tienen más antecedentes comprobados de no incendiarse que las baterías de iones de litio. Un submarino no es un buen lugar para tener cosas que pueden incendiarse espectacularmente.

Las baterías de ácido de plomo han existido por mucho más tiempo que la mayoría de las alternativas: no había baterías de litio cuando los submarinos dependían tanto de las baterías.

Pero las baterías de plomo ácido también toleran el abuso bastante bien.

El artículo de Wikipedia sobre el primer submarino de la Royal Navy, HMS Holland, ilustra esto.

Construido en 1902, el HMS Holland se hundió en 1913 mientras estaba siendo remolcado para ser desechado, y se crió casi 70 años después, en 1982. Como señala el artículo ...

Vale la pena señalar que el banco original de baterías, recuperado con los restos, se proporcionó para pruebas al fabricante original, Chloride Industrial Batteries Ltd con sede en Swinton, Greater Manchester. Después de la limpieza inicial, las baterías de plomo se recargaron y se encontró que funcionaban correctamente.

Bastante impresionante, en mi opinión.

Mi esposo sirvió en submarinos RN, y se vio obligado a retirarse después de una fuga, estos son sorprendentemente comunes, vio agua de mar entrar en el compartimiento de la batería, en la parte inferior del submarino, como lo adivinó, y solo con espacio de arrastre, que liberaba gas cloro. El resultado fue que él y el CPO tuvieron sus carreras laborales terminadas permanentemente después de lidiar con la fuga. Sin embargo, las baterías de iones de litio tienen una tendencia alarmante a quemarse, especialmente con una sacudida repentina, por lo tanto, algunos de los subconstructores más avanzados como los japoneses, miraron, probaron y cayeron como piedra.

Cuando salgas a la superficie en un submarino diesel y enciendas los motores diesel tres cosas más importantes que debes hacer:

1. Publicar un puesto de observación o 3

2. Bombee sus tanques de aire a alta presión.

3. Carga rápidamente tus baterías

El ácido de plomo tomará este castigo (con gases). El litio explota

Si no te saltan, la carga flotante está bien. Ahora puede recargar las baterías de litio durante 6 horas. Para entonces, se acerca la luz del día. Bucear. Luego puede enviar a un tipo con quemaduras de ácido en su ropa, para recargar las baterías de plomo ácido con agua destilada. No se puede hacer nada con litio, excepto reemplazar una celda defectuosa

Las baterías de iones de litio son superiores en términos de densidad de energía, pero al igual que las baterías de plomo-ácido (peligro de cloro y gas de hidrógeno) tienen problemas.

El escape térmico en la tubería principal ha sido contenido por la carcasa de la pila y el sistema de gestión de la batería, pero los gases emitidos durante la fusión de la celda son aparentemente muy tóxicos.

Buenas respuestas aquí. Aquí hay algunos puntos más para masticar.

Las baterías en los submarinos están conectadas en una matriz, o conexiones paralelas en serie. Con la robustez de las baterías de plomo ácido, esto no es particularmente problemático.

Sin embargo, con baterías más modernas que son mucho más sensibles a los efectos de la temperatura, especialmente durante la carga, se hace cada vez más difícil que toda la matriz funcione de manera segura a medida que aumenta el tamaño de la matriz. Cada batería necesita ser monitoreada individualmente durante la carga. Eso disminuye significativamente la fiabilidad del conjunto.

Además, una batería defectuosa en la matriz puede convertirse rápidamente en una condición peligrosa por las baterías restantes. Es necesario que existan medidas especiales y efectivas para lidiar con eso. Una vez más, baja la fiabilidad.

La densidad de energía, aunque aparentemente es algo bueno, también es "una espada de doble filo". Si puede obtener toda su energía de algo del tamaño de un baúl de envío en comparación con una habitación para ácidos de plomo, eso está muy bien. Sin embargo, ahora debe extraer y eliminar el calor que se genera en esa batería. Ser mucho más denso significa que tiene mucha menos superficie y eso lo convierte en una propuesta más difícil.

Una cosa más. Uno de los criterios de cualquier cosa militar es la capacidad de servicio. Las baterías de plomo ácido están en todas partes. Si es necesario, un equipo secundario puede buscar algunas baterías de camiones y similares para hacer una reparación rápida y volver a navegar. Encontrar baterías exóticas en algún atolón en el medio de la nada ... no es tan probable.

En cuanto a la liberación de cloro gaseoso. Sí, eso puede ser un problema con las baterías de plomo ácido, pero es un riesgo pequeño en comparación con la reacción en cadena de la explosión de baterías de alta tecnología. El compartimento de la batería se puede sellar con gas, la tripulación está capacitada en el uso de máscaras de gas, y los sensores de fugas de gas dan una gran advertencia para permitir que el comandante realice un procedimiento de emergencia en la superficie si lo considera más seguro que la alternativa. Sí, es algo desagradable, pero de todos los riesgos que soportan nuestros intrépidos submarinistas, es uno de los menos propensos a afectarlos / matarlos.

La densidad energética no es la única medida de rendimiento. Las baterías de plomo ácido tienen una buena capacidad para suministrar una enorme corriente sin afectar tanto el voltaje. Esto es importante en equipos rotativos (como la propulsión) y muchos otros dispositivos eléctricos / electrónicos.
La otra ventaja es obvia ... donde muchas industrias buscan crear baterías livianas, un submarino necesita una gran cantidad de lastre fijo para sumergirse, y las baterías de plomo ácido son obvias desde esa perspectiva.