Efecte de la temperatura en les bateries de plom-àcid

Les bateries de plom-àcid estan dissenyades per operar a 20-25ºC. Les baixes temperatures perjudiquen el comportament de les bateries, disminuint la seva capacitat efectiva, però les altes durant llargs períodes redueixen dràsticament la seva vida útil

A continuació es detallen les causes i efectes d’operar a temperatures elevades, és a dir, majors del rang recomanat (20-25ºC).

Causes:

• Temperatura ambient elevada.
• Insuficient dissipació del calor generat a la cel·la.
• Sobrecàrregues incontrolades, o voltatge de flotació excessiu.

Efectes:

• Increment de la velocitat de les reaccions químiques: corrosió de la graella, autodescàrrega, solubilitat dels metalls, electròlisi.
• Expansió dels materials dels elèctrodes, causant tensions i deformacions. Debilitament dels elements de plàstic.
• Increment de la pressió: la pressió excessiva pot causar curtcircuits, interrupció del circuit elèctric, deformació i ruptura del contenidor.

El perquè operant a temperatures elevades la velocitat de les reaccions químiques no desitjades augmenta, les quals fan disminuir fortament la vida útil de la bateria, es demostra tot seguit.

Demostració:

La velocitat d’una reacció química és directament proporcional a la seva constant cinètica tal i com s’observa a l’equació 1.

r = k · C        Equació 1

On:

r= velocitat de la reacció química
k= constant cinètica
C= terme de concentració dels productes (depenent del grau de la reacció)

Ara bé, la constant cinètica que rep el nom de constant d’Arrhenius depèn de la temperatura d’operació de la següent manera:

k = A · exp( -Ea/RT)     Equació 2

On:

A = Factor preexponencial (constant que depèn de cada reacció)
Ea= Energia d’activació (depèn de cada reacció)
R = Constant dels gasos ideals: 8.31 J/mol·ºK
T = Temperatura (ºK)

Així doncs, substituint la constant d’Arrhenius a l’equació 1 obtenim la relació de la velocitat de les reaccions amb la temperatura (equació 3).

r = A· C· exp(-Ea/RT)            Equació 3

Si r augmenta la  T disminueix exponencialment

Vida útil de la bateria respecte la temperatura

En conclusió, per cada 10ºC d’increment per sobre de 20ºC, la vida de la bateria es redueix a la meitat.