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

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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?

diente filoso
fuente
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Esto es solo una suposición, pero 1: los requisitos de almacenamiento de energía son grandes, por lo que todo lo demás sería mucho más costoso. 2: Son una tecnología probada y verdadera en la que las personas están capacitadas y saben cómo manejarlas. 3: No estaría tan seguro de lo que entra exactamente en los subs más nuevos, independientemente de lo que Wikipedia o cualquier otra persona diga. Sabemos que los submarinos más nuevos son generadores nucleares, por lo que es posible que no utilicen baterías en absoluto.
Olin Lathrop
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@OlinLathrop: mientras que otras tecnologías de baterías probablemente se han probado en suscriptores de alto rendimiento, las baterías de plomo ácido ciertamente se superponen con el uso de las plantas nucleares en los subs; Por un lado, se necesita mucho tiempo y energía para reiniciar el reactor si debe apagarse. Por lo general, también llevan diesel como respaldo, pero es posible que no puedan ventilar a la superficie para usarlos.
Chris Stratton
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Generalmente vale la pena tomar wikipedia con un grano de sal, doblemente cuando se trata de tecnología militar.
ObscureRobot
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Lo que dijo ObscureRobot, los submarinos militares ocupan un lugar destacado en la lista de cosas de alto secreto y factores bastante importantes en la carrera armamentista, cualquier cosa que alguien piense que sabe es probable que esté mal, o al menos 20 años desactualizado, probablemente varias generaciones de desarrollo más unos años.
John U
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Las buenas baterías de litio son un producto de los últimos 20 años, mientras que la mayoría de los subs en servicio son más antiguos que eso.
pjc50

Respuestas:

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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.

Super gato
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Es posible que no se quemen, aunque las baterías de plomo ácido tienen el hábito famoso de crear cloro gaseoso si las inundaciones de agua de mar alcanzan su electrolito, y pueden liberar hidrógeno con peligro de explosión por sí mismos.
Chris Stratton
@ChrisStratton: no había oído hablar del problema del cloro (¿qué se reduciría para equilibrar la oxidación de 2Cl- a Cl2? Creo que el Na + querría seguir siendo Na +). Puedo ver que las inundaciones de agua de mar podrían ser un problema si las baterías están en la parte más baja de la embarcación (que probablemente se les dará su propósito como lastre).
supercat
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@Majenko: No te olvides de Murphy: seguramente se produciría gas cuando menos se necesitara y se esperara.
Sharptooth
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Bueno, supongamos que estoy seleccionando baterías para un submarino diesel-eléctrico. Si tengo baterías con una mejor densidad de energía de volumen, significa que puedo tener más energía en el mismo volumen y si necesito un peso extra, podría agregar algunos bloques de plomo: son inertes y tienen una densidad muy alta y se pueden colocar en cualquier parte del submarino. a diferencia de las baterías que requieren mantenimiento y tienen muchos requisitos de posicionamiento.
Sharptooth
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@Majenko - "Creo que si el submarino se estuviera llenando de agua de mar, estarían felices de ser gaseados antes de ahogarse". Si la inundación no es catastrófica al instante, los equipos trabajarán arduamente para detenerla, y se sabe que lo han hecho con éxito. Es difícil seguir trabajando en una atmósfera de cloro. Ver "Dulce et Decorum" de Wilfred Owen. Y no, la asfixia por cloro no es mejor que ahogarse: es más lenta, ya que los pulmones se llenan gradualmente de líquido.
WhatRoughBeast
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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.

Brian Drummond
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Me encantan las historias como esta. Buen hallazgo
Wossname
Sé que es una historia de Wiki, pero recordé un artículo al respecto (en una revista IEE) en ese momento.
Brian Drummond
En ninguna parte de ese artículo se indica el tipo de batería. Podrían haber sido níquel de hierro
Dan D.
El artículo de 1980 que recuerdo confirmó que eran ácido de plomo. En cualquier caso, Edison solo patentó Ni-Fe el año en que se lanzó HMS Holland, mientras que el ácido de plomo había existido durante más de 40 años.
Brian Drummond el
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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.

Jackie Jarrett
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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

Bert Pryor
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+1 "excepto reemplazar una celda defectuosa" que podría no ser tan fácil si no tiene repuestos y está a medio globo de distancia.
Trevor_G
No. Si la detección es una preocupación, no sale a la superficie para cargar, bucea, lo descubrieron alrededor de 1943 cuando el radar comenzó a convertirse en un problema.
Chris Stratton
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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.

user43545
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Además, las baterías de plomo-ácido son una tecnología extremadamente bien entendida. Sabemos cuánto duran, son resistentes y generalmente no tienen grandes sorpresas. Li-ion no es que entiende bien, y algunas veces hacer tener propiedades imprevistas.
vidarlo
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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.

Trevor_G
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Hay un montón de artículos que indican que algunos de los submarinos más modernos hacen Use pilas de litio.
Chris Stratton
@ChrisStratton, sí, estoy seguro de que sí. Sin embargo, no cambia nada de lo que dije.
Trevor_G
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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.

Excavado
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Es un poco cuestionable si la potencia máxima es realmente una preocupación: cuando tienes suficiente batería para horas de crucero, el sprint máximo puede no ser tan alto por celda real. Y a diferencia de decir un motor de cubo E-bike (donde se usan celdas de litio ), realmente no tiene grandes requisitos de par de arranque. Dicho esto, la otra tecnología de batería que parece haberse utilizado realmente fue el níquel-caodio, y que es famosa por soportar altas demandas máximas.
Chris Stratton el